[发明专利]有序排列的弯折硅纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有序排列的弯折硅纳米线阵列的制备方法。

背景技术

硅纳米结构材料具有特殊的光学、电学性质，广泛应用于光电器件和传感器件。为了便于基于硅纳米结构的功能器件的制备和应用，在硅片表面经过特定的过程可控的引入硅纳米结构是非常必要的。

为了在硅片表面制备硅纳米结构材料，有文献报道应用电化学腐蚀方法(L.T.Canham，Appl.Phys.Lett.1990，57，1046；S.Q.Li，T.L.S.L.Wijesinghe，D.J.Blackwood，Adv.Mater.2008，20，3165)，但是电化学腐蚀方法主要应用于多孔硅等无序硅纳米结构的制备，对于硅纳米线阵列等有序排列的纳米结构阵列的制备还难以应用。

也有报道，化学气相沉积法(J.Goldberger，A.I.Hochbaum，R.Fan，P.D.Yang，Nano.Lett.2006，6，973；J.Zhu，Z.F.Yu，G.F.Burkhard，C.M.Hsu，S.T.Connor，Y.Q.Xu，Q.Wang，M.McGehee，S.H.Fan，Y.Cui，Nano.Lett.2009，9，279)和激光刻蚀方法(B.R.Tull，J.E.Carey，E.Mazur，J.P.McDonald，S.M.Yalisove，MRS Bull.2006，31，626；Z.H.Huang，J.E.Carey，M.G.Liu，X.Y.Guo，E.Mazur，J.C.Campbell，Appl.Phys.Lett.2006，89，033506)可以在硅片表面获得有序排列的硅纳米线阵列。但是，这些方法需要使用高温、高真空设备，费用昂贵，限制了大面积制备的应用。并且因为所使用的催化剂金属颗粒会残留于硅纳米线表面，对于硅纳米线的电子输运性能有显著的不利影响。

最近，金属离子辅助的溶液刻蚀技术为在硅片表面引入大面积有序硅纳米结构提供了一个重要的平台(K.Q.Peng，H.Fang，J.J.Hu，Y.Wu，J.Zhu，Y.J.Yan，S.T.Lee，Chem.Eur.J.2006，12，7942)，例如可以应用于多孔硅、硅纳米直线阵列结构的制备。然而，关于有序排列的弯折硅纳米线阵列材料的制备还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种有序排列的弯折硅纳米线阵列的制备方法。

本发明所提供的制备有序排列的弯折硅纳米线阵列的方法，包括下述步骤：

1)将刻蚀液置于耐氢氟酸腐蚀的容器中，然后将<111>晶向单晶硅片经过清洗，浸没于所述刻蚀液中，封闭容器；其中，所述刻蚀液由硝酸银、氢氟酸和去离子水组成，所述刻蚀液中银离子的浓度为0.01-0.04mol/L，氢氟酸的浓度为1-5mol/L；

2)将所述容器置于恒温水浴中，使所述硅片和刻蚀液反应，反应结束后，取出硅片，在所述硅片表面得到有序排列的弯折硅纳米线阵列。

本发明中所述<111>晶向单晶硅片可为下述1)-3)中任意一种：

1)抛光处理后具有平整光滑表面(镜面)的<111>晶向单晶硅片；

2)未经过抛光处理的具有粗糙表面(非镜面)的<111>晶向单晶硅片；

3)表面有意识引入若干平整光滑区域和若干粗糙区域组成的<111>晶向单晶硅片。

上述3)中的硅片是根据在硅片表面特定位置制备特定形貌的硅线阵列的需要，通过对抛光处理后的硅片平整表面(镜面)的部分区域再进行打磨处理，使单晶硅片表面不同区域具有不同的粗糙度，调控硅片表面不同位置具有不同初始状态，就可以对硅片表面最终的纳米阵列形貌分布区域进行控制，使得在硅片表面特定部位获得特定形貌的硅线阵列。

当对抛光处理后具有平整表面(镜面)的<111>晶向单晶硅片进行刻蚀时，可在较高温度(高于45℃，优选50℃)条件下获得弯折硅线；当对未经过抛光处理的具有粗糙表面(非镜面)的<111>晶向单晶硅片进行刻蚀时，可在不低于15℃的条件下(优选15℃-75℃)获得弯折硅线。

当在<111>晶向单晶硅片平整表面的部分区域有意识的引入粗糙度，调控硅片表面不同位置不同初始状态，就可以对硅片表面最终的纳米阵列形貌进行控制，使得在硅片表面不同部位获得不同形貌的硅线阵列。例如，在较低温度下进行刻蚀时(例如15℃)，光滑表面部分得到的是硅纳米直线阵列，而粗糙表面部分得到折线阵列。