[发明专利]一种大面积小尺寸核壳结构硅纳米线阵列的制备方法

摘要

本发明公开了硅纳米材料制备技术领域的一种大面积小尺寸核壳结构硅纳米线阵列制备的方法。该方法在硅基底上排布单层密排PS小球并对其进行反应离子刻蚀处理，然后采用磁控溅射法镀银，去除PS小球后，接着将基底进行银催化腐蚀，得到直径较大的硅纳米线阵列；再通过两次干法氧化处理将硅纳米线的直径减小至约50nm；最后借助氧化自饱和效应制备出内核直径小于10nm的核壳结构硅纳米线阵列。利用的方法制备出的硅纳米线阵列不仅能满足硅基光互连的尺寸要求，而且单晶性能良好，能覆盖较大面积，长径比可控性较强。本方法成本低、产率高、可调控性好，因而可在硅基光电子器件的生产中得到广泛应用。

主权项

一种大面积小尺寸核壳结构硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将硅基底洗净并进行亲水处理；（2）在上述预处理过的硅基底上制备单层密排PS小球阵列，制备方法如下：a.将PS小球溶液与无水乙醇以体积比1：0.8‑1.2混合，并将得到的混合溶液超声分散；b.将玻璃片洗净并进行亲水处理，待晾干后置于表面皿中央，向表面皿中加入去离子水直至水面高于玻璃片表面但未浸没玻璃片；c.将步骤（1）中得到的混合溶液，滴加至玻璃片上；d.从表面皿边缘滴入1‑2滴十二烷基硫酸钠溶液，PS小球被推至一侧并密排；然后在具有十二烷基硫酸钠分子的一侧从液面下加入去离子水，使液面升高；然后将玻璃片拨至具有十二烷基硫酸钠分子一侧，将预处理后的硅基底覆于玻璃片上；将玻璃片及其上所覆的硅基底一同推至PS小球一侧液面下；e.从十二烷基硫酸钠分子一侧插入液面以下吸水使液面下降至低于硅基底表面；待硅基底上的水分完全蒸发后取出，其上即排布有单层密排的PS小球阵列；(3)通过反应离子刻蚀处理使硅基底上的PS小球直径减小，并不再密排；(4)在硅基底上镀银，再将其置于酒精中超声去除PS小球，得到多孔银膜；(5)将硅基底置于HF和H2O2的混合溶液中进行银催化腐蚀处理，再置于硝酸中去除残余的银，得到大尺寸的硅纳米线阵列；(6）将步骤（5）中得到的硅纳米线阵列在1000‑1100摄氏度下保温15‑40分钟进行干法氧化，取出后置于HF水溶液中去除表面的氧化层，然后重复上述干法氧化‑去除氧化层处理，进一步减小直径；（7）将上述处理后的硅纳米线阵列在750‑800摄氏度下保温10‑12小时，由于氧化自饱和效应的存在，即得到内层为小尺寸单晶硅纳米线，外层为氧化硅层的核壳结构硅纳米线阵列。