[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

本發明提供瞬時響應的硅納米線光學敏感材料及其制備方法和應用，包括以下步驟,清洗N型硅片；將硅片放置氫氟酸和硝酸銀混合溶液中進行刻蝕；利用硝酸水溶液對N型硅片進行二次刻蝕；制作雙頂點電極制備得光敏傳感器。通過該方法制備出對可見光有瞬時響應、高靈敏度的光敏傳感器，該方法具有設備簡單、操作方便、可重復性好、成本低廉環保等優點，可以更好的實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及光敏材料領域，更具體地說涉及一種瞬時響應的硅納米線光學敏感元件及其制備方法和應用，以硅片為基底通過對硅片化學刻蝕后制備出對可見光瞬時響應的光學敏感元件的方法。

背景技術

光敏材料是一種可以吸收一定波長的光并產生電子空穴對，利用電子空穴的定向移動而產生電信號的物質。對價格低廉的光敏材料的大量需求驅動了對優質的光敏材料和光敏器件的開發。制備有光電流敏感性的功能化的納米材料是當今研究的熱點之一，在這些研究和探索中，可見光、太陽光作為一種環保并且便捷的能源而被廣泛使用。與大塊的材料相比，納米結構的光電流敏感材料有著更為廣泛的應用，如在太陽能電池、光催化、光開光微器件、光探測器、光電晶體管、光電二極管、光致發光、光電化學電池、光電子器件、光電陽極等方面。這些光敏納米材料有著更大的表面積和一些與尺寸相關的屬性，如增加光吸收，提高電荷分離和轉移，還可以提高表面反應。

大多數已有報道的光敏材料都是基于一些半導體氧化物或硫化物的，如氧化鋅，二氧化鈦，硫化鎘等，但是本身就具有光敏性的納米材料的數量還是非常有限的。基于現代集成電路的發展，硅基集成化成為趨勢。近年來，硅基光敏材料因其利于高度集成化、工業化生產等諸多優點使其成為了研究熱點。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種瞬時響應的硅納米線光學敏感元件及其制備方法和應用，通過該方法制備出對可見光有瞬時響應、高靈敏度的光敏傳感器，該方法具有設備簡單、操作方便、可重復性好、成本低廉環保等優點，可以更好的實現工業化生產。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現。

瞬時響應的硅納米線光學敏感材料，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％，優選硅納米線直徑為60—80nm，長度為23—25微米，納米線陣列排列密度為60—70％。

納米線陣列排列密度是指，在刻蝕形成硅納米線陣列后，俯視硅納米線陣列，即在納米線陣列的頂端，納米線陣列頂端所占面積/總體面積，總體面積為納米線陣列頂端和納米線陣列之間孔隙的面積之和。

上述敏感材料的制備方法，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。

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％。

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℃。