[發明專利]一種在硅納米線上進行無磷無電鍍鎳的方法

無效

• 申請號: 200810037942.1
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101280425A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 陶佰睿;苗鳳娟;李輝麟;萬麗娟;張健
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C23C18/34
• 分類號: C23C18/34;C23C18/18;C23F1/24
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳澤群

技術領域

本發明涉及一種在硅納米線上進行無磷無電鍍鎳的方法，屬于無電鍍技術和納米材料制備領域。

背景技術

由于硅納米線具有空間尺度小、比表面積大、表面原子存在大量未飽和鍵，具有強表面活性等特點，尤其在與具有高功函數的鎳接觸后，使其在電、光、磁特性及機械和化學等方面有許多特殊性質，使其在微納傳感器應用方面具有巨大潛力。

無電電鍍技術是一種非常普遍和廣泛使用的技術，通過這種技術可以在多種襯底上獲得金屬薄層，具有成本低，毒害性小，所需環境溫度較低，過程可控性強等特點。盡管在大襯底上的無電金屬沉積技術已經有較為廣泛的研究，但是由于硅納米線的表面疏水性和納米尺度效應，在其上進行無電沉積鎳還是一個技術性的挑戰。特別是目前已有的無電電鍍技術鍍液中的還原劑大多含有偏磷酸鹽，從而在鍍層上產生鎳磷合金雜質，影響了其載流子疏運特性，因此需要改進。

發明內容

本發明目的是提供一種在硅納米線上進行無磷無電鍍鎳的方法，主要采用化學濕法刻蝕技術在硅襯底上制作出硅納米線陣列，然后應用無磷鍍液在其上進行無電鎳薄膜的沉積，最后通過RTA(快速熱退火)強化鎳-硅納米線結構的穩定性。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種在硅納米線上進行無磷無電鍍鎳的方法，其制備步驟為：

1)化學濕法刻蝕制作硅納米線：

(a)選用P型或N型的單面拋光的硅片，切割成1cm×1cm樣片，RCA標準程序清洗；在常溫常壓下放入由35mM/L硝酸銀溶液、20％氫氟酸溶液和去離子水按體積比為1∶1∶2混合制作的刻蝕液中刻蝕35～50min；

(b)用濃硝酸(市售，濃度約為69％)和去離子水1∶2混合溶液除去硅納米線表面的殘留的銀顆粒，再用去離子水充分清洗，放入烘干箱中于90～130℃烘干備用；

制得的硅納米線陣列SEM形貌見圖1a、圖1b和圖1c。從圖1a的頂視圖中我們可以看到硅納米線陣列分布比較均勻；圖1b側視圖中我們可以看到硅納米線基本垂直于襯底生長并有局域團聚現象，且孔隙率較均勻；圖1c的截面圖中可以看到硅納米線有較大的長徑比。

2)無電沉積鎳薄層：

將硅納米線襯底在表面活性劑十二烷基硫酸鈉溶液中浸泡35-45s進行表面活化，增加其親水性；再將其置于用濃氨水滴定調Ph值為8.5～9.5的無電鍍液中，無電鍍液用水浴保持溫度在78±4℃，反應25～35min；然后用80±5℃去離子水沖洗并再次放入烘箱90～130℃烘干，得到Ni-SiNWs陣列復合結構樣品。

所述無電鍍液的組成和配比為：鍍鎳時溶劑為去離子水配制成100ml溶液，其中NiSO₄.6H₂O?1～2mol/L，(NH₄)SO₄?0.2～0.5mol/L，NH₄F?2.5mol/L和檸檬酸鈉0.2mol/L；其中NiSO₄.6H₂O提供鎳源、(NH₄)SO₄為緩沖劑、NH₄F為還原劑、檸檬酸為鉗合劑，混合后超聲溶解30min。

所述的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的濃度為10～20mg/L。

所述的濃氨水濃度為28％。

所得納米復合結構的SEM形貌見圖2a和圖2b；圖2a中我們可以看到Ni-SiNWs(鎳-硅納米線)陣列復合結構的表面形貌，圖2b顯示了該結構的截面圖，與圖1c相比其表面被一薄層金屬鎳覆蓋。圖3a、圖3b和圖3c顯示了該復合結構的ESD圖譜，從圖中我們可以看到金屬鎳被均勻地沉積在硅納米線表面，硅被完全覆蓋，其中納米線結構頂部偏上區域鎳濃度較大，頂部次之，底部再次之。

硅納米線陣列上無電鍍沉積鎳薄層后，為了使鍍鎳附著在硅納米線上更牢固，將所得Ni-SiNWs陣列復合結構在RTA(快速熱退火系統)系統中采用不同溫度(250～500℃)進行快速熱退火處理1min，Ni/Si納米線結構中會有多種鎳硅化合物相出現，中間相如圖4所示。相比于目前文獻中公開的數據，比其“體”材料中出現對應物相的溫度至少低300℃。其中Ni2Si為高阻相，NiSi為低阻相，NiSi2為高阻相。NiSi2與硅的晶格失配率只有0.4％，所以可以更好地增強鎳硅間的接觸，穩定鎳-硅納米線的物理化學性質。

該發明有如下特點：

1、與集成電路工藝兼容，采用化學濕法刻蝕，技術簡單易行，成本低廉，成功率高；制作出的納米線尺度較均勻，平均高度30μm，直徑約60nm。