[發明專利]有序硅納米線的制備方法

無效

• 申請號: 201010185330.4
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101871116A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 石明吉;陳蘭莉;丁淑娟;尹應鵬;于家輝;羅鵬暉
• 申請（專利權）人: 南陽理工學院
• 主分類號: C25D11/12
• 分類號: C25D11/12;C23C14/18;C23C14/28;C23C14/58
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 莊振乾

技術領域

本發明屬于納米器件制造工藝技術領域，具體涉及一種序硅納米線的制備方法。

技術背景

硅納米線及其陣列是準一維半導體光電信息材料，在場效應器件、單電子存儲器件、光探測器件、場發射器件、納米傳感器件和高效率發光器件以及集成技術中具有潛在應用。硅納米線的制備方法主要有：熱化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、激光燒蝕沉積(LAD)、熱蒸發、電子束蒸發(EBE)、溶液法和水熱法等。硅納米線的生長機制主要有：氣-液-固(VLS)、氣-固(VS)、氣-固-固(VSS)、固-液-固(SLS)等。雖然很多人基于晶體的氣-液-固(VLS)生長機理或固-液-固(SLS)生長機理在鐵、鈷、鎳、金、銅等的納米顆粒上合成Si納米線，傳統方法制備的Si納米線在直徑、長度和形狀上都具有較大的分散性和無序性，無法陣列化并且要使用催化劑。要實現Si納米線的直徑和長度可控及排列的有序化，陽極氧化鋁模板法是一種可行的方法。陽極氧化鋁模板的孔洞垂直于膜面，為六角柱形，呈有序平行排列，孔徑可在1～400nm范圍內調節，深度也可以通過改變陽極氧化時間來調節。有人曾經嘗試利用電子束蒸發(EBE)和陽極氧化鋁(AAO)模板法結合起來制備硅納米線，但是，沒有取得理想的結果。主要原因有兩個：第一，利用電子束蒸發時，蒸發出來的硅原子能量不夠大，在陽極氧化鋁模板表面的運動不夠充分，進入到模板孔洞中的硅很少。隨著沉積的進行，硅原子將模板的孔口堵塞住，阻止硅原子繼續向模板的孔洞內填充。結果只有很少量的硅填充到模板的孔洞中，無法在孔洞中形成硅納米線；第二，將硅和陽極氧化鋁模板的復合膜直接放到酸溶液中進行腐蝕。由于電子束蒸發制備的硅膜的結晶度不高，機械強度不夠。隨著陽極氧化鋁模板的腐蝕，硅膜也逐漸破裂成許多小碎片，甚至沒法從溶液中取出來。

由于一般方法制備的硅納米線在直徑、長度和形狀上都具有較大的分散性和無序性，對研究其光電特性以及器件應用都帶來巨大困難。因此，在專利技術中提出一種制備直徑和長度可控及排列有序的硅納米線的方法在納米器件制備方面和硅基光電集成方面具有重要的理論價值和實際意義。

發明內容

為解決現有技術存在的上述缺陷，本發明的目的在于提出一種制備有序硅納米線的方法，利用該方法可以制備出直徑和長度可控及排列有序的硅納米線。制備過程簡便易行，能夠得到大面積、直徑和長度可控及排列有序的硅納米線。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種有序硅納米線制備方法，其特征包括如下步驟：

(1)高純度鋁片的清洗和電化學拋光；

(2)采用二次陽極氧化法制備陽極氧化鋁模板；

(3)以陽極氧化鋁模板為襯底，采用脈沖激光沉積技術制備硅與陽極氧化鋁的復合膜；

(4)將復合膜從反應室取出后，在硅膜表面涂膠，膠干后，用鹽酸溶液將陽極氧化鋁模板完全腐蝕掉，離子水洗凈晾干，這樣就制備出尺寸一致，均勻分布在硅膜上的硅納米線。

所述高純度鋁片用丙酮在超聲波清洗器中清洗，所述電化學拋光是在體積比為1/2～1/10高氯酸和無水乙醇的混合液中進行電化學拋光，時間為5min～10min，拋光電壓為10V～18V。

所述二次陽極氧化法為用電解液為0.1mol/L～0.5mol/L的草酸溶液進行陽極氧化，電壓為10V～40V，溫度不超過10℃，初次陽極氧化時間為10min～15min，然后用鉻酸浸泡5min～20min，除掉初次陽極氧化產生的氧化層中的無序化部分，接著進行二次陽極氧化，條件與初次陽極氧化的相同，時間為20min～40min，在脈沖激光沉積之前，先將陽極氧化鋁模板用0.1mol/L～1mol/L的NaOH溶液擴孔10s～20s，然后用去離子水淋洗干凈，用吹風機吹干后備用。

所述用脈沖激光沉積在陽極氧化鋁模板開孔的面上沉積硅膜，所述沉積分為兩個階段進行，第一個階段，通過調整激光器的脈沖重復頻率和脈沖能量使沉積速率比較小，讓硅盡量填充到陽極氧化鋁模板的孔洞中；第二個階段，通過調整激光器的脈沖重復頻率和脈沖能量使沉積速率比較大，以提高硅膜的生長速度，所述脈沖激光采用KrF準分子激光器，背景真空要達到10^-6Pa量級以上，硅靶為硅片，源-基距3～5cm，反應開始時壓強為10^-5Pa量級，襯底溫度為300℃～700℃，沉積時，襯底要自轉以保證硅膜厚度的均勻。