[發明專利]一種Cu納米顆粒兩步輔助刻蝕制備納米多孔硅的方法

在審

• 申請號: 201410748516.4
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104576353A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 周陽;曹銘;李紹元;馬文會;謝克強;伍繼君;魏奎先;劉大春;楊斌;戴永年
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種Cu納米顆粒兩步輔助刻蝕制備納米多孔硅的方法，屬于納米材料制備技術領域。

背景技術

近幾十年來，隨著社會的不斷發展，納米材料由于其本身的納米效應和巨大的比表面積等獨特的物理化學性質，在諸多領域的潛在運用前景引起了人們廣泛的研究興趣。隨著科技的進步，硅納米材料作為一種新型的半導體材料，其隨著直徑尺寸的不斷減小而呈現出來的量子限制效應、表面效應等新穎的物理特性，也使得它們在光、電、熱、磁和催化反應等方面表現出顯著不同于其他材料的物理優越性質，因而在光致發光、大規模集成電路、單電子器件、納米傳感器等領域展現出十分重要的運用潛力。

制備出孔徑大小可控，結構適中的納米多孔硅一直是人們所追求的目標，一種工藝簡單可靠、成本低廉的納米多孔硅生產技術對于實現其大規模應用具有重要意義。

目前，多孔硅的制備方法主要有濕法化學腐蝕法和電化學腐蝕法。濕法化學腐蝕如CN1212989A公開一種將硅粉在水熱條件下通過氟離子腐蝕的方法制備多孔硅，該粉末多孔硅可在紫外光激發下能穩定發射紅，藍或紫外光。CN1974880A公開了一種采用氫氟酸-乙醇為腐蝕液的電化學方法制備多孔硅。電化學腐蝕法如CN1396315A和CN1396316A分別公開一種多孔硅的陰極還原或陽極氧化的表面處理技術制備多孔硅。另外還有固體加熱催化法如CN103508458A公開一種硅粉在高溫下通過固體銅催化的方法制備多孔硅。

如上所述的濕法化學腐蝕法多為貴金屬如金銀等輔助化學刻蝕法。貴金屬的使用使生產過程存在生產成本高，批量生產困難等問題。電化學腐蝕制備多孔硅又存在制備工藝復雜，設備要求高，批量生產困難等問題。而固體加熱催化法需要高溫和一系列的酸洗，污染嚴重。

專利申請號為2013102896160、名稱為金屬納米顆粒輔助刻蝕法制備介孔硅納米線方法，將硅片預處理，再進行表面氧化處理，然后置于腐蝕液中靜置，隨后將其置于硝酸溶液中浸泡，再用大量去離子水沖洗后以氮氣吹干，即得到介孔硅納米線。但是該方法為制備介孔硅納米線并沒有具體說明如何制備納米多孔硅的方法。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種Cu納米顆粒兩步輔助刻蝕制備納米多孔硅的方法。本發明通過控制金屬銅納米顆粒的數量和尺寸、腐蝕液中氫氟酸的濃度以及腐蝕時間等參數可以方便地獲得所需的納米多孔硅。對硅基底進行一定的處理可以方便地制備出大量多孔硅結構，對提高納米多孔硅的表面積及反應活性有巨大幫助，同時也大大降低了納米多孔硅表面的反射率，令其在納米傳感器和納米催化領域也展現出廣闊的運用前景，本發明通過以下技術方案實現。

一種Cu納米顆粒兩步輔助刻蝕制備納米多孔硅的方法，其具體步驟如下：

步驟1、硅片預處理：將硅片依次用丙酮、甲苯、乙醇、去離子水分別超聲清洗10～20min；

步驟2、硅片表面的氧化處理：將步驟1預處理過的硅片用物理或化學的方法進行表面氧化處理形成氧化層；其中物理或化學的方法為常規熱氧化、化學氧化、等離子體氧化或光催化氧化等方法對硅片表面進行氧化處理，例如采用化學氧化法把由（1）的得到的硅片沉浸在超聲波清洗儀在由H₂SO₄（15～90wt.%）和H₂O₂（10～30wt.%）按照體積比為3：1的組成的溶液中浸泡10～20分鐘，即可在硅片表面形成一層氧化層；

步驟3、沉積溶液的配制：將濃度為0.1～10wt.%銅離子溶液、濃度為1～50wt.%氫氟酸和去離子水按體積比（0.01～50）：（0.01～50）：（0～80）配制得到沉積溶液；

步驟4、刻蝕液的配制：將濃度為1～50wt.%的氫氟酸、濃度為1～50wt.%氧化試劑和去離子水按照體積比（0.01～50）:（0.01～50）:（0～80）配制得到刻蝕液；

步驟5、納米多孔硅的制備：將步驟2形成氧化層的硅片放置在步驟3中的沉積溶液中，在溫度為1～90℃下化學沉積0～1000s，然后取出硅片，將硅片置于步驟4的刻蝕液中，在溫度為1～99℃下刻蝕1～1000min，刻蝕完成后放到質量分數為15～90wt.%硝酸中浸泡1～60min后取出，用大量去離子水沖洗后氮氣吹干即得到納米多孔硅。

所述步驟1中的硅片為單晶或多晶、n型或p型，硅片的電阻率為0.001～2000Ω/cm，硅片的晶向可以為（100）、（110）、（111）。