[發明專利]瞬時響應的硅納米線光學敏感材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810023712.3
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN110021680A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 秦玉香;姜蕓青;王立萍;趙黎明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0264;G01N27/04
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

1.瞬時響應的硅納米線光學敏感材料，其特征在于，以N型硅片為基底，在N型硅片上自上而下生長垂直于N型硅片表面的硅納米線陣列，硅納米線直徑為50—100nm，長度為20—25微米，納米線陣列排列密度為60—80％。

2.根據權利要求1所述的瞬時響應的硅納米線光學敏感材料，其特征在于，硅納米線直徑為60—80nm，長度為23—25微米，納米線陣列排列密度為60—70％。

3.瞬時響應的硅納米線光學敏感材料的制備方法，其特征在于，按照下述步驟進行,

步驟1，將N型硅片放入丙酮和無水乙醇中分別超聲15-20min，再用去離子水超聲5-10min后，再將N型硅片置于濃硫酸和過氧化氫混合溶液中，浸泡10-15min，取出后放入無水乙醇中超聲5min后，用去離子水沖洗干凈，置于紅外箱中烘干，得到清洗后N型硅片，其中，濃硫酸與過氧化氫的比例為(3-5):1；

步驟2，將步驟1制備得到N型硅片浸入濃度為0.01-0.04M的硝酸銀與4-8M的氫氟酸的混合水溶液中,在室溫20-28℃下浸泡60-180min，得到刻蝕后的N型硅片；

步驟3，將步驟2制備得到的刻蝕后的N型硅片用去離子水清洗后，置于硝酸水溶液中4-6min用于去除剩余銀顆粒后，再次放入去離子水中清洗，紅外干燥后得到瞬時響應的硅納米線光學敏感材料。

4.根據權利要求3所述的瞬時響應的硅納米線光學敏感材料的制備方法，其特征在于，在步驟1中，N型硅片電阻率<0.005Ω·cm，晶向為100，單面拋光；濃硫酸與過氧化氫的比例為4:1，濃硫酸純度為98％，過氧化氫體積分數為30％。

5.根據權利要求3所述的瞬時響應的硅納米線光學敏感材料的制備方法，其特征在于，在步驟2中，硝酸銀溶液的濃度為0.01-0.03M，氫氟酸溶液的濃度為5-7M，室溫為24-26℃。

6.利用如權利要求1或者2所述的瞬時響應的硅納米線光學敏感材料的硅納米線光學敏感元件，其特征在于，通過模板法在瞬時響應的硅納米線光學敏感材料陣列上形成兩個電極，形成電極與硅片表面納米線間的歐姆接觸，響應與恢復時間均在1-2秒，達到瞬時響應，每個狀態下電阻值十分穩定，經過多次重復試驗后，電阻值相比于初始電阻值減小1—1.2％。

7.根據權利要求6所述的硅納米線光學敏感元件，其特征在于，通過模板法在瞬時響應的硅納米線光學敏感材料陣列上形成兩個間距為1-3cm，大小為(1-3)mm*(1-3)mm的電極，形成電極與硅片表面納米線間的歐姆接觸，采用的金屬鉑作為濺射靶材，氬氣作為工作氣體，濺射時間2-5min，電極厚度為150-250nm，得到硅納米線光學敏感元件。

8.根據權利要求7所述的硅納米線光學敏感元件，其特征在于，磁控濺射靶材金屬鉑的質量純度為99.95％，磁控濺射氣體氬氣的質量純度為99.999％，磁控濺射要求的本體真空度為4.0×10^-4Pa，電極的間距為1-2cm，大小為2mm*2mm，濺射時間3-4min，電極厚度為160-240nm。

9.硅納米線光學敏感元件的制備方法，其特征在于，通過模板法在瞬時響應的硅納米線光學敏感材料陣列上形成兩個間距為1-3cm，大小為(1-3)mm*(1-3)mm的電極，形成電極與硅片表面納米線間的歐姆接觸，采用的金屬鉑作為濺射靶材，氬氣作為工作氣體，濺射時間2-5min，電極厚度為150-250nm，得到硅納米線光學敏感元件；優選磁控濺射靶材金屬鉑的質量純度為99.95％，磁控濺射氣體氬氣的質量純度為99.999％，磁控濺射要求的本體真空度為4.0×10^-4Pa，電極的間距為1-2cm，大小為2mm*2mm，濺射時間3-4min，電極厚度為160-240nm。

10.如權利要求1或者2所述的瞬時響應的硅納米線光學敏感材料在制備光學敏感元件中的應用，響應與恢復時間均在1-2秒，達到瞬時響應，每個狀態下電阻值十分穩定，經過多次重復試驗后，電阻值相比于初始電阻值減小1—1.2％。