[发明专利]多孔硅-金枝晶复合结构的单步快速制备方法

说明书

本发明属于电化学腐蚀与硅微结构制备技术领域，涉及多孔硅‑金枝晶复合结构的快速制备方法；具体步骤为：首先选择硅片，经切割、清洗，得到预处理后的硅片；然后将氢氟酸、二甲基甲酰胺和四氯金酸溶液，混合，得到电化学腐蚀液；浸入预处理后的硅片，同时施加恒定的电流，进行电化学腐蚀，一步处理即可得到多孔硅‑金枝晶复合结构；最后将制备的多孔硅‑金枝晶复合结构清洗后，获得最终的复合结构；本发明的通过配制电化学腐蚀液，浸入硅片，实现多孔硅‑金纳米复合结构的单步快速制备，并通过改变四氯金酸溶液浓度，对复合结构的SERS性能进行调控；本发明步骤简单、操作方便、用时短，能快速、高效的制备出多孔硅‑金枝晶复合结构。

技术领域

本发明属于电化学腐蚀与硅微结构制备技术领域，具体涉及多孔硅-金枝晶复合结构的快速制备方法。

背景技术

自从1974年Fleischmann在实验中观测到粗糙的银电极表面吡啶分子的高强度拉曼散射信号，但是直到2003年才首次出现在多孔硅衬底上附着金属纳米颗粒结构，证明了多孔硅-金属作为表面增强拉曼散射(SERS)基底的可能。2004年Haohao Lin等人利用浸泡法在多孔硅表面合成银纳米枝晶，并且以罗丹明R6G探针分子来检测该基底的SERS性能。近年来，随着技术的不断发展，多孔硅复合金属纳米形态结构的研究又成为SERS研究热点难点。

目前，浸泡法是硅-金属结构传统且主流的制备方法，该方法是先用阳极腐蚀法在腐蚀槽中腐蚀出多孔硅，然后再将多孔硅浸泡在氯金酸溶液中，通过氧化还原反应在多孔硅上附着一层金属金纳米颗粒或者金纳米枝晶。该方法用时较长，特别是制备金枝晶的时候，需要浸泡半个乃至几个小时。另外，部分研究人员利用热分解方法制备多孔硅-金属结构，但是热分解依然是先制备出多孔硅样品，再将多孔硅浸泡在氯金酸溶液中，使溶液分浸泡多孔硅后可立即取出，然后放入烘箱，将温度调到氯金酸的热分解温度。该方法对环境的要求较高，而且步骤较多，操作麻烦。因此，不管是浸泡法还是热分解法，在制备多孔硅复合金属纳米形态结构时，均存在制备时长、步骤多、环境要求高、操作复杂等缺点。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种多孔硅-金枝晶复合结构的单步快速制备方法，该方法将四氯金酸溶液加入到腐蚀多孔硅的电化学腐蚀液中，能单步快速制备出多孔硅-金枝晶复合结构，该方法步骤简单、操作方便、用时短，能快速、高效地制备多孔硅-金枝晶复合结构，为高性能SERS衬底的快速、大规模制备提供了技术支持，具有重大的应用价值。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

多孔硅-金枝晶复合结构的单步快速制备方法，包括以下步骤：

(1)预处理：选择硅片，根据需求进行切割，切割后的硅片再进行清洗，得到预处理后的硅片；

(2)电化学腐蚀液的配制：将氢氟酸(HF)、二甲基甲酰胺(DMF)和四氯金酸溶液，按一定比例混合，搅拌均匀，得到电化学腐蚀液；

(3)将预处理后的硅片浸入步骤(2)配制的电化学腐蚀液中，同时施加恒定的电流，进行电化学腐蚀，一步处理即可得到多孔硅-金枝晶复合结构；最后将制备的多孔硅-金枝晶复合结构清洗后，获得最终的复合结构。

优选的，步骤(1)中所述硅片为P型硅片，P型硅片切割成方形硅片。

优选的，步骤(1)中所述电阻率为10～20Ω·cm，厚度为525μm。

优选的，步骤(1)中所述清洗的具体步骤为：放入超声波清洗机中，依次用去离子水、酒精、丙酮清洗硅片，除去方形硅片上的油污和杂质，然后用氮气枪吹干、密封保存。

优选的，步骤(2)中所述氢氟酸、二甲基甲酰胺和四氯金酸溶液的体积比为(10～16):(9～15):8。

优选的，步骤(2)中所述氢氟酸、二甲基甲酰胺和四氯金酸溶液的体积比为16:9:8。