[发明专利]Si/Mn27Si47核壳结构纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米线阵列的制备技术领域，特别涉及一种Si/Mn₂₇Si₄₇核壳结构纳米线阵列的制备方法。

背景技术

一维纳米材料相对于传统材料呈现出很多奇特的性质，在介观领域和纳米器件研制方面显示出重要的作用。例如，它们可用作扫描隧道显微镜的针尖、各种传感器、微电极和超大集成电路中的连线、光导纤维、微型钻头等。Mn₂₇Si₄₇是一种过渡金属硅化物，具体又是锰硅化合物系列中的高锰硅化合物中的一种。Mn₂₇Si₄₇作为一种过渡金属硅化物，具备过渡金属硅化物的一系列优异性能，如抗氧化、耐化学腐蚀、热稳定性高、电阻率低、与Si器件极好的兼容性、与Si材料容易形成欧姆接触等。同时Mn₂₇Si₄₇作为高锰硅化合物中的一种，又具备高锰硅化合物的特性，如窄的禁带宽度、优良的热电性能、很好的铁磁性能。当材料的尺寸达到纳米量级的尺度时，很可能会表现出一些新的物理和电子学特性，如高锰硅化合物Mn₁₉Si₃₃纳米线的热电性能因表面声子散射的原因得到了增强，而高锰硅化合物Mn₄Si₇纳米线的铁磁性能也因纳米结构的尺寸效应得到增强。同样作为高锰硅化合物的Mn₂₇Si₄₇，其一维纳米材料也很可能具备新的物理和电子学特性，因而在红外探测器、太阳能光伏器件、电子自旋器件方面具有巨大的潜在应用价值。到目前为止，还没有发现有关制备Mn₂₇Si₄₇一维纳米材料的报导，而本发明正是采用一种新的简单的方法制备出了Si/Mn₂₇Si₄₇核壳结构纳米线阵列。

发明内容

本发明的目的是提供一种Si/Mn₂₇Si₄₇核壳结构纳米线阵列的制备方法。

本发明的Si/Mn₂₇Si₄₇核壳结构纳米线阵列的制备方法包括以下步骤：

1)采用化学刻蚀的方法制备硅纳米线阵列：将用氢氟酸清洗过的单晶硅基片置于硝酸银和氢氟酸的混合溶液中浸泡3分钟；其中，硝酸银和氢氟酸的混合溶液中的硝酸银的浓度为5mmol/L，氢氟酸的浓度为4.8mol/L；将浸泡过硝酸银和氢氟酸混合溶液的单晶硅基片取出后置于双氧水和氢氟酸混合的刻蚀溶液中进行刻蚀，其中，双氧水和氢氟酸混合的刻蚀溶液中的双氧水的浓度为4mmol/L，氢氟酸的浓度为4.8mol/L；刻蚀温度为50℃，刻蚀时间为15分钟，在单晶硅基片表面沉积有银离子处，Si会被刻蚀下去，而未沉积有银离子处，Si会被保留下来，从而在单晶硅基片表面刻蚀出垂直定向站立排列的硅纳米线阵列；

2)将步骤1)得到的表面刻蚀出垂直定向站立排列的硅纳米线阵列的单晶硅基片置于MnCl₂的乙醇溶液中浸泡(优选浸泡时间为10分钟)，取出后自然晾干；

3)将步骤2)晾干的单晶硅基片放入氧化铝瓷舟中，再将氧化铝瓷舟放入管式炉的中心；向管式炉中通入惰性气体(如Ar气)作为保护气体(优选惰性气体(如Ar气)的流量为100sccm)，管式炉内的压强为70Pa；将管式炉加热到温度为750℃，在温度为750℃下保温300分钟，在单晶硅基片上面得到Si/Mn₂₇Si₄₇核壳结构纳米线阵列。

所述的MnCl₂的乙醇溶液的浓度优选为0.1～1mol/L。

所述的Si/Mn₂₇Si₄₇核壳结构纳米线阵列的Mn₂₇Si₄₇壳层为单晶结构，纳米线的直径为100～300nm，长度为10μm。