[发明专利]一种硅纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅纳米线制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

一维半导体纳米材料由于其奇特的结构与物理性能，在未来的介观和纳米光电子学器件中具有广阔的应用前景。由于硅材料在传统微电子行业的重要地位，一维硅纳米线的研究受到了极大的关注。目前的纳米硅线制备方法主要有化学气相沉积和氧化物辅助生长技术等。这些方法由于生长机制的限制，通常需要相当高的温度和一些复杂的设备，从而造成较高的生产成本。如专利00117242.5中的硅线生长温度高达1600-2000℃[参见：中国专利00117242.5，公开号1277152，公开日期2000.12.20]。最近提出的一种化学腐蚀技术，可以很方便地在室温制备出大面积的硅纳米线阵列[参见：中国专利CN1382626；中国专利申请号2005100117533]，这种技术不需要高温和复杂设备。虽然这种技术可以应用于不同参杂类型、浓度以及取向的硅基底，可以对纳米线的长度和晶体学取向进行控制，但该方法难以获得直径均一排布有序的硅纳米线。我们课题组最近的采用聚苯乙烯纳米球模板技术制备了直径均一排布有序的硅纳米线，但是该技术需要采用反应离子刻蚀(RIE)，因而造成硅纳米线制备效率严重降低和成本大幅度提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大面积有序排布的硅纳米线阵列的制备方法。

本发明将金属催化硅腐蚀技术与二氧化硅纳米小球相结合，研制出了二氧化硅纳米球模板辅助催化腐蚀硅纳米线阵列的方法。本发明提出的一种硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行：

(1)将硅片依次经过丙酮超声清洗，酒精振荡清洗，去离子水清晰，酸性清洗液和标准清洗1号溶液处理；清洗硅片的目的在于获得清洁、亲水的硅表面；

(2)将质量百分比浓度范围为0.01％-0.9％的二氧化硅纳米小球溶液用微量移液枪滴到已经清洗干净的硅表面，然后至于置于空气中自然晾干。获得单层排布的1纳米小球阵列；

(3)将表面排布有单层二氧化硅纳米小球的硅片在氩氢气保护气氛下，800-1000摄氏度退火1-3个小时

(4)对硅片表面的二氧化硅纳米小球在稀释的氢氟酸溶液里面进行2-20分钟腐蚀，使

(5)利用电镀技术或真空热蒸发技术在排布有纳米小球阵列的硅表面沉积20-80nm厚的银膜。采用真空热蒸发技术在排布有纳米小球阵列的硅表面沉积银膜，在制备硅纳米线之前需要超声去除二氧化硅小球；而利用电镀技术沉积银膜，不需要超声去除小球，就可以直接进行步骤6制备硅纳米线

(6)将沉积有的Ag膜的硅片浸入含有HF+H₂O₂+H₂O(也可以利用Fe(NO₃)₃替换腐蚀液中的H₂O₂)的密闭容器中处理4-100分钟，即可获得硅纳米线及其阵列。

在上述硅纳米线阵列的制备方法中，所述酸性清洗液为H₂SO₄∶H₂O₂＝4∶1(V/V)，处理条件为加热到沸腾状态后保持40-60分钟。硫酸浓度为98％。

在上述硅纳米线阵列的制备方法中，所述标准清洗1号溶液为NH₃·H₂O∶H₂O₂∶H₂O＝1∶1∶5(V/V)处理条件为加热沸腾并保持30分钟。

在上述硅纳米线阵列的制备方法中，所述步骤4中稀释的氢氟酸溶液浓度为HF(浓度为49％)∶H₂O＝50∶1(V/V)。

在上述硅纳米线阵列的制备方法中，所述步骤6氢氟酸浓度范围为1-10mol/L，过氧化氢浓度范围为0.02-2mol/L。

在本发明中，大面积规则排布的二氧化硅小球经过稀释氢氟酸腐蚀，小球直径变小，导致原本相互密接触的小球彼此相离。通过真空热蒸发或者电镀技术可以在没有二氧化硅小球覆盖的地方沉积金属银膜，这样就可以形成周期性的银膜结构。利用这种具有周期性结构的银膜作为硅在HF+H₂O₂+H₂O溶液中腐蚀催化剂，经过合适的腐蚀时间，就可以形成大面积直径均一排布有序的硅纳米线及其阵列。本制备方法条件简单，不需要复杂设备，并能够成功制备出大面积有序排布的纳米线阵列，对于硅纳米线的大规模化应用具有重要意义

附图说明