[發明專利]催化生長形成的線表面上的金屬催化劑殘余物的除去方法

無效

• 申請號: 201110256270.5
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102412119A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 西蒙·佩羅;菲利普·科羅內爾
• 申請（專利權）人: 原子能與替代能源委員會
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;張耀宏

技術領域

本發明涉及通過催化生長得到的固體結構特別是納米級線的表面上存在的痕量催化劑殘余物的除去方法。

該方法在電子或光伏領域特別有利，在這些領域中殘余催化劑的存在導致所涉器件的性能發生顯著劣化。

背景技術

可通過催化生長形成直徑介于幾納米至幾微米的線形式的固體結構。

Kolasinski的文獻(Current?Opinion?in?Solid?State?and?Materials?Science?10，182-191(2006))描述了該技術的各種替代方案，尤其涉及：

-催化生長機理：氣-液-固、氣-固-固和溶液-液-固；

-線類型：硅、鍺、硅-鍺、二氧化硅、氧化鋁、II-VI族半導體、

III-V族半導體等。

所用催化劑通常包括金屬墊，例如由銅、金、鉑或鋁制成，其尺寸部分地控制線的直徑。

因此，納米線例如硅納米線自滴狀物形式的金屬催化劑生長。通過注入硅載氣，線在金屬墊下方生長并引導金屬墊與其一起移動。催化劑滴狀物由此殘留在線頂端并且隨后被除去，特別是通過蝕刻進行除去。

此外，當催化生長線時，金屬催化劑殘余物可能殘留在線表面上。例如在M.I.den?Hertog等的論文(Nano?Letters?8，1544-1550(2008))中描述了在利用金催化的氣-液-固機理形成的硅線的情況下的這種現象。

事實上，金屬催化劑殘余物在大量應用中都是有害的。例如，對于預期用于電子或光伏應用中的硅線而言，諸如金或銅的金屬的存在會導致器件性能顯著劣化，這是因為這些金屬導致硅禁帶中出現深的電子阱。

除去線表面上的金屬催化劑殘余物的一般解決方案包括在線生長之后利用濕法工藝或干法工藝蝕刻金屬。

然而，通過蝕刻金屬來除去金屬催化劑殘余物往往效果有限。具體而言，對于包含可空氣氧化材料例如硅的線而言，金屬蝕刻可能由于在線表面上形成氧化物層而變得無效。

因此，明顯需要形成出除去通過催化生長形成的線形式的固體結構的表面上，特別是側面上存在的催化劑殘余物的新技術方案。

發明內容

本發明涉及通過催化生長形成的線，或更一般地固體結構的表面上存在的金屬催化劑殘余物的除去方法。與如現有技術中進行的直接蝕刻金屬相比，該方法證明更加有效。

實際上，就這些催化劑材料殘余物而言，建議從這些殘余物起生長次級線。這些次級線必須由易于除去而不損害主線的特定材料制成。當這些次級線被除去時，通常被引導到這些線的自由端的殘余物被除去。

更具體而言，本發明涉及一種由第一材料制成并通過催化生長得到的固體結構表面上存在的催化劑殘余物的除去方法，所述方法包括以下步驟：

-從催化劑殘余物催化生長由第二材料制成的固體結構；

-選擇性除去由第二材料制成的所述固體結構。

因此，本發明涉及固體結構的催化生長，有利地該固體結構呈線形式，甚至更有利地呈納米線形式(直徑通常小于500納米并且為約100納米)。

利用本領域技術人員已知的方式，該技術包括從襯底上沉積的催化劑墊或滴狀物生長由給定材料制成的固體結構，并且通過提供所述材料的前體來如此做，所述材料的前體能夠處于氣態、液態或固態(參見Kolasinski)。

催化劑有利的是金屬，甚至更有利地選自下組：銅、金、鉑和鋁。

同樣以已知方式，在催化劑下生長該結構，并且該結構引導催化劑基本上處于其頂端(即其自由端)，而且在側面即平行于生長軸的表面上存在殘余物。

常規通過蝕刻，即利用選擇性蝕刻催化劑的化學或電化學方法從結構頂端除去催化劑。本發明的方法可更一般性且更有效地用于除去由第一材料制成的固體結構(在本說明書的其余部分可稱為“主線”)表面上存在的任何催化劑殘余物。

因此，本發明的實質是利用主結構表面上存在的催化劑殘余物催化生長由第二材料制成的固體結構(在本說明書的其余部分可稱為“次級線”或“犧牲線”)。

為了進行該生長，必須組合以下要素：

-選擇第二材料的前體，其生長能夠通過已用于第一材料生長的催化劑來催化；

-提供該前體；

-提供催化生長所需的條件(溫度、壓力)。

同樣地，這些次級結構的生長將導致催化劑殘余物在其表面上遷移，尤其在其頂端即在其自由端。