[发明专利]催化生长形成的线表面上的金属催化剂残余物的除去方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过催化生长得到的固体结构特别是纳米级线的表面上存在的痕量催化剂残余物的除去方法。

该方法在电子或光伏领域特别有利，在这些领域中残余催化剂的存在导致所涉器件的性能发生显著劣化。

背景技术

可通过催化生长形成直径介于几纳米至几微米的线形式的固体结构。

Kolasinski的文献(Current Opinion in Solid State and Materials Science 10，182-191(2006))描述了该技术的各种替代方案，尤其涉及：

-催化生长机理：气-液-固、气-固-固和溶液-液-固；

-线类型：硅、锗、硅-锗、二氧化硅、氧化铝、II-VI族半导体、

III-V族半导体等。

所用催化剂通常包括金属垫，例如由铜、金、铂或铝制成，其尺寸部分地控制线的直径。

因此，纳米线例如硅纳米线自滴状物形式的金属催化剂生长。通过注入硅载气，线在金属垫下方生长并引导金属垫与其一起移动。催化剂滴状物由此残留在线顶端并且随后被除去，特别是通过蚀刻进行除去。

此外，当催化生长线时，金属催化剂残余物可能残留在线表面上。例如在M.I.den Hertog等的论文(Nano Letters 8，1544-1550(2008))中描述了在利用金催化的气-液-固机理形成的硅线的情况下的这种现象。

事实上，金属催化剂残余物在大量应用中都是有害的。例如，对于预期用于电子或光伏应用中的硅线而言，诸如金或铜的金属的存在会导致器件性能显著劣化，这是因为这些金属导致硅禁带中出现深的电子阱。

除去线表面上的金属催化剂残余物的一般解决方案包括在线生长之后利用湿法工艺或干法工艺蚀刻金属。

然而，通过蚀刻金属来除去金属催化剂残余物往往效果有限。具体而言，对于包含可空气氧化材料例如硅的线而言，金属蚀刻可能由于在线表面上形成氧化物层而变得无效。

因此，明显需要形成出除去通过催化生长形成的线形式的固体结构的表面上，特别是侧面上存在的催化剂残余物的新技术方案。

发明内容

本发明涉及通过催化生长形成的线，或更一般地固体结构的表面上存在的金属催化剂残余物的除去方法。与如现有技术中进行的直接蚀刻金属相比，该方法证明更加有效。

实际上，就这些催化剂材料残余物而言，建议从这些残余物起生长次级线。这些次级线必须由易于除去而不损害主线的特定材料制成。当这些次级线被除去时，通常被引导到这些线的自由端的残余物被除去。

更具体而言，本发明涉及一种由第一材料制成并通过催化生长得到的固体结构表面上存在的催化剂残余物的除去方法，所述方法包括以下步骤：

-从催化剂残余物催化生长由第二材料制成的固体结构；

-选择性除去由第二材料制成的所述固体结构。

因此，本发明涉及固体结构的催化生长，有利地该固体结构呈线形式，甚至更有利地呈纳米线形式(直径通常小于500纳米并且为约100纳米)。

利用本领域技术人员已知的方式，该技术包括从衬底上沉积的催化剂垫或滴状物生长由给定材料制成的固体结构，并且通过提供所述材料的前体来如此做，所述材料的前体能够处于气态、液态或固态(参见Kolasinski)。

催化剂有利的是金属，甚至更有利地选自下组：铜、金、铂和铝。

同样以已知方式，在催化剂下生长该结构，并且该结构引导催化剂基本上处于其顶端(即其自由端)，而且在侧面即平行于生长轴的表面上存在残余物。

常规通过蚀刻，即利用选择性蚀刻催化剂的化学或电化学方法从结构顶端除去催化剂。本发明的方法可更一般性且更有效地用于除去由第一材料制成的固体结构(在本说明书的其余部分可称为“主线”)表面上存在的任何催化剂残余物。

因此，本发明的实质是利用主结构表面上存在的催化剂残余物催化生长由第二材料制成的固体结构(在本说明书的其余部分可称为“次级线”或“牺牲线”)。

为了进行该生长，必须组合以下要素：

-选择第二材料的前体，其生长能够通过已用于第一材料生长的催化剂来催化；

-提供该前体；

-提供催化生长所需的条件(温度、压力)。

同样地，这些次级结构的生长将导致催化剂残余物在其表面上迁移，尤其在其顶端即在其自由端。