[发明专利]单晶硅上3C-SiC纳米线功能复合网络薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于半导体纳米线材料制备技术领域，公开了单晶硅上3C‑SiC纳米线功能复合网络薄膜及其制备方法和应用，所述制备方法为：以单晶硅片为阴极，以碳化硅纳米线悬浮液作为电泳沉积液，将单晶硅片浸于碳化硅纳米线悬浮液中，于50～100V的电压下，采用直流电进行电泳沉积处理，以在单晶硅片上形成具有均匀且致密的异质结结构的碳化硅纳米线层；采用等离子体对碳化硅纳米线层进行焊接处理，即获得所述3C‑SiC纳米线功能复合网络薄膜。本发明采用“自下而上”的方式制备的薄膜面积大，制备方法简单、成本低、效率高且安全易操作，并对低维纳米结构具有一定的普适性，可以借鉴到其他半导体纳米薄膜的制备。

技术领域

本发明涉及半导体纳米线材料制备技术领域，尤其涉及一种单晶硅上3C-SiC纳米线功能复合网络薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

作为第三代宽带隙半导体，碳化硅(SiC)是高性能半导体器件最重要的候选材料之一，而当SiC材料的尺寸进入到纳米尺度后，其将表现出很多不同于体材料的优异性能。除了继承了传统体材料的优点如热传导率高、热稳定性强、耐化学腐蚀、热膨胀系数低、热传导率高、化学稳定性能好、高的临界击穿电场和较高的电子饱和迁移率等特点外，还具有量子限域效应，小尺寸效应和表面效应等许多优良的性能，以SiC低维纳米结构构筑的微纳米器件有望实现基于单颗粒，单根尺寸的电子器件的制备，显然这些微纳器件具有低功耗、更快的电子传输性能、高响应度、高开关比等性能。

近年来，“自下而上”由低维纳米结构自组装构成的纳米结构薄膜引起了科研工作者的广泛关注，这种纳米结构薄膜具有高多孔性、较好的柔韧性、高比表面积以及相互连接的孔道结构等特点。将一维纳米材料，如纳米线，纳米管等组装成宏观可见的薄膜材料近来备受关注。显著不同于传统薄膜材料(外延单晶薄膜或者纳米颗粒组成的薄膜)，这些膜材料既可以保留有一维纳米材料的特性，又能够作为一个宏观二维材料，具有二维易加工和与半导体平面加工工艺相兼容等特点。需要指出的是，这种薄膜具有独特的光、电、及优异的机械性，特别是具有优异机械力学性能和无需支撑基底的可弯曲性、自撑结构薄膜。合成的纳米网络薄膜在其中堆叠的纳米线之间形成键合的纳米线界面，相邻的纳米线之间可以形成具有渗透/透气功能的纳米孔，因此实现优异的机械力学柔韧度、延展性、加工性、透气性。另外，鉴于碳化硅优异的生物相融性，这种纳米线网络薄膜与生物体能够完美结合，可作为植入生物体中的电子器件，能够实现以高保真的方式监控/放大生理学信号。据此，碳化硅纳米线网络薄膜的制备成为近年来国内外诸多学者的研究方向，具有很高的潜在的应用价值。

然而，高质量SiC纳米线的生长温度一般是在1400℃以上，在这个温度下很难直接在单晶衬底(如硅，砷化镓等)和其他不耐高温的柔性衬底上制备纳米线，为了解决该问题，现有技术主要通过在坩埚、陶瓷基板、石墨纸等高熔点衬底上制备SiC纳米线。发明人发现，上述坩埚、陶瓷基板、石墨纸等高熔点衬底难以与半导体硅平面制备工艺相兼容，无法将这些纳米线薄膜加工成光电器件；更为不利的是，生长在上述衬底上的纳米线薄膜也是由随机生长的纳米线组装而成，多为独立生长的纳米线单体，在衬底上生长也很随机，纳米线相互之间也不交联，很难形成电接触，导致很难将其应用到半导体集成电子器件当中。另外，制备上述纳米线薄膜还存在成本高，实验过程繁琐，周期长，能耗大，单炉制备的SiC纳米材料产量较小，炉与炉生长质量不一样，很难将其大规模应用于未来微纳光电器件。

为此，本发明提供一种单晶硅上3C-SiC纳米线功能复合网络薄膜及其制备方法和应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种单晶硅上3C-SiC纳米线功能复合网络薄膜及其制备方法和应用。

本发明的一种单晶硅上3C-SiC纳米线功能复合网络薄膜及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种单晶硅上3C-SiC纳米线功能复合网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：