[發明專利]一種有序硅納米線陣列的制備方法

無效

• 申請號: 201310022489.8
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103112819A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 左則文
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及硅納米線的制備方法，尤其是涉及大面積排列有序、直徑和長度均一可控的垂直硅納米線陣列的制備方法，屬于納米材料制備與應用技術領域。

背景技術

硅納米線以其優異的性質和良好的工藝兼容性引起人們的廣泛關注，在先進電子器件、生物與化學傳感器、光電子器件，以及光伏器件等方面有著巨大的應力前景。而硅納米線的可控制備是其走向應用的前提條件。各種自上而下和自下而上的技術，如固-液-氣(VLS)生長、電化學刻蝕、反應離子刻蝕及金屬輔助化學刻蝕等方法都對納米線的相關參數有一定的控制能力。其中，VLS生長需要預先沉積催化劑顆粒，對催化劑顆粒的尺寸、分布的控制非常困難。電化學刻蝕僅適用于n型硅，且得到的納米線的尺寸較大。反應離子刻蝕需要結合光刻形成掩模，成本高且效率較低。常規的金屬輔助化學刻蝕方法可以對納米線的摻雜類型與摻雜水平、晶體學取向、納米線的長度等實現有效的控制，且制備方法簡單，成本低。但是要實現對納米線的直徑、位置、面密度等的有效控制，獲得直徑與長度均一的有序硅納米線陣列就必須結合模板的使用。

發明內容

本發明結合多孔氧化鋁模板與金屬輔助化學刻蝕，提出一種有序硅納米線的制備方法。制備的工藝簡單，成本低廉，制備的硅納米線長度均一，直徑與面密度可控，沿長度方向直徑一致，排列有序，如附圖2所示。

本發明以陽極氧化鋁作為模板，所述方法步驟如圖1所示；

(1)硅片清洗，去除表面玷污；

(2)在清洗干凈的硅片表面沉積一層氧化硅SiO₂；

(3)在SiO₂表面沉積一層Al膜；

(4)對Al膜進行陽極化，形成多孔氧化鋁AAO，并對AAO進行擴孔；

(5)以AAO為掩模，利用等離子體刻蝕在硅表面復制AAO的孔陣結構；

(6)去除硅表面的AAO及SiO₂層；

(7)在圖形化的硅表面沉積Au膜；

(8)將沉積好Au膜的樣品浸入HF+H₂O₂的水溶液中腐蝕；

(9)對制備好的樣品進行清洗、干燥處理。

在上述硅納米線陣列的制備方法中，所述步驟4陽極電壓為40-80V，溶液為質量百分比濃度為5-20％的磷酸(或草酸)，陽極化時間3-10分鐘，擴孔溶液為5％磷酸，擴孔時間為20-60分鐘，溫度為10-25度。

在上述硅納米線陣列的制備方法中，所述步驟5利用電感耦合等離子體刻蝕(ICP)或反應離子刻蝕(RIE)，氣體為Cl₂/BCl₃，刻蝕時間為4-10分鐘。

在上述硅納米線陣列的制備方法中，所述步驟6采用25％磷酸在溫度為50-70度下去除氧化鋁模板，并采用2％-10％HF酸去除SiO₂層。

在上述硅納米線陣列的制備方法中，所述步驟7沉積方法為熱蒸發、磁控濺射或離子濺射。

在上述硅納米線陣列的制備方法中，所述步驟8中腐蝕液為2-6M?HF加0.1-0.4M?H₂O₂溶液。

在上述硅納米線陣列的制備方法中，所述步驟9采用稀釋的王水去除殘留的金，采用超臨界干燥，或冷凍干燥、自然干燥方法處理樣品。

金屬輔助化學刻蝕制備硅納米線方法簡單，成本低?？梢詫{米線的摻雜類型與摻雜水平、晶體學取向、納米線的長度等實現有效的控制。通過控制陽極化條件控制氧化鋁模板中孔的直徑、間距及孔密度可以進一步控制硅納米線的直徑、位置及面密度等。本發明所述方法可以制備出大面積有序的垂直排列的硅納米線陣列，能夠有效控制納米線的取向、摻雜類型及水平、直徑、長度、間距、面密度等，并且成本低廉，可以用于基于硅納米線陣列的器件中。

附圖說明

附圖1為本發明所述方法的步驟示意圖；附圖2為采用本發明所述方法制備的大面積有序硅納米線陣列的掃描電鏡照片，插圖為剖面電鏡照片。

具體實施方式

以下參照附圖1詳細說明本發明所述方法的具體步驟。

(1)選取合適的硅襯底1，分別用丙酮、乙醇對硅片進行超聲處理，去除表面玷污和有機物。進一步采用濃硫酸加雙氧水溶液清洗硅片，去離子水沖洗后用稀氫氟酸溶液去除表面氧化物，再用去離子水反復沖洗。

(2)采用等離子體化學氣相沉積設備在清洗干凈的硅表面沉積一層厚度為20-80nm的氧化硅2。