[发明专利]硅纳米线上无电沉积镍技术及基于这种技术的热电功率器件

摘要

本发明公开了一种硅纳米线上无电沉积镍技术以及基于这种技术的热电功率器件，本发明制作工艺与MEMS工艺兼容，主要采用电化学刻蚀方法，成本低，操作简单，实现容易。主要是在体硅材料上室温下合成硅纳米线阵列，其纳米线平均高度约30μm，平均直径约40nm；此举减小了材料的热导率和温度扩散系数，增强了硅纳米线的量子尺寸效应，提高了热电子发射能力；在硅纳米线上通过无电镀镍技术沉积纳米级镍薄膜，此时镍与硅形成良好的欧姆接触，进一步增强了热电发射能力，减小了该热电结构的内阻；无电镀液为无磷配方，避免了磷与镍形成合金从而减小热电发射效率。在硅片的另一面刻蚀200μm左右深多孔硅，并在其表面蒸镀铝薄膜，此结构由于具有较大的比表面积和深宽比，进一步增加材料的绝热性，同时在铝硅接触面产生肖特基势垒增加了该热电结构的温差电动势。

主权项

1、一种硅纳米线上无电沉积镍技术，制备步骤为：1)基于MEMS工艺的电化学腐蚀硅纳米线阵列制作过程(a)电阻率为0.05Ωcm的P型硅衬底，切割成1.5cm×1cm规格，按照标准RAC程序清洗硅片；(b)在35mM的AgNO3和20％HF的混合溶液中刻蚀，得到硅纳米线阵列；2)深多孔硅采用电化学刻蚀(a)40％HF与无水乙醇体积比1∶0.8混合，-20℃下分别采用40、80mA/cm2电流密度每隔30s一个周期刻蚀2h；(b)刻好后的多孔硅在RTA系统中600℃下快速退火2分钟，然后利用电子束蒸发在多孔硅表面蒸镀金属铝薄膜作为热电功率器件的阳极；3)硅纳米线无电镀镍沉积(a)首先将硅纳米线在浸润剂中预处理1min，然后放入无电镀液中在80℃水浴下反应30min；(b)将镀好镍的硅纳米线用80℃左右去离子水清洗，130℃下烘干，然后在RTA系统中350℃快速热退火30s，得到镍薄膜的硅纳米线阵列。