[发明专利]金属纳米颗粒辅助刻蚀法制备介孔硅纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种介孔硅纳米线的制备方法。

背景技术

近年来，纳米材料以其独特的物理化学性质和在诸多领域存在潜在运用前景而引起了人们广泛的研究兴趣。其中硅纳米线作为一种新型的半导体材料，随着直径尺寸的不断减小而呈现出来的量子限制效应、表面效应、量子限制效应等新颖的物理特性，由此使得它们在光、电、热、磁和催化反应等方面表现出显著不同于其他材料的物理性质，因而在光致发光、大规模集成电路、单电子器件、纳米传感器等领域展现出十分重要的运用潜力。

制备出直径长度可控，结构均一的硅纳米线一直是人们追求的目标，如果想实现其在制作器件中的大规模运用，一种工艺简单可靠、成本低廉且可大规模制备硅纳米线的技术就显示出了特别的意义。

根据硅纳米线的生长方向来分，通常其制备方法主要分“自下而上”和“自上而下”两种。“自下而上”是指从原子分子水平出发，在材料生长过程中对其结构、组分和尺寸等进行控制，从而生长出所需的纳米结构材料。这种方法得到的硅纳米线通常是随机分布的，这给大规模集成带来困难。“自上而下”是指从体材料出发，利用薄膜生长或纳米光刻技术来制备纳米线材料，这种方法得到的硅纳米线精度较高，但也具有对设备要求高、成本高、效率低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的硅纳米线制备工艺，采用此方法能大规模、低成本地制备出介孔硅纳米线。

本发明通过下列技术方案实现：一种金属纳米颗粒辅助刻蚀法制备介孔硅纳米线的方法，经过下列各步骤：

（1）硅片预处理：将硅片依次用丙酮、甲苯、乙醇、去离子水超声清洗1～30分钟；

（2）硅片表面的氧化处理：将步骤（1）预处理后的硅片进行表面氧化处理形成氧化层，氧化层的存在有利用介孔结构的形成；

（3）腐蚀液的配制：将金属离子催化剂、质量浓度为1%～50%的氢氟酸、氧化试剂按体积比为（0.01～5）:（0.01～10）:（0～10）混合得到腐蚀液；

（4）介孔硅纳米的制备：将步骤（2）经表面氧化处理的硅片置于步骤（3）所得腐蚀液中，在15～90℃下静置1～600min后取出硅片，随后将其置于质量浓度为25～98%的硝酸溶液中浸泡1～60min后取出，再用大量去离子水冲洗后以氮气吹干，即得到介孔硅纳米线。

所述步骤（1）的硅片为单晶片。

所述步骤（1）的丙酮、甲苯、乙醇为市购分析纯。

所述步骤（2）的氧化处理是采用常规热氧化、化学氧化、电化学氧化或光催化氧化对硅片表面进行氧化处理。

所述步骤（3）的金属离子催化剂是浓度为1mol/L的AgNO₃、KAuCl₄、HAuCl₄、K₂PtCl₆或H₂PtCl₆溶液。

所述步骤（3）的氧化试剂是浓度为0.1～10mol/L的H₂O₂、HNO₃、Fe(NO₃)₃、KMnO₄、KBrO₃、K₂Cr₂O₇或Na₂S₂O₈。

所述步骤（4）中硅片置于腐蚀液中静置是在避光暗室中进行，以防止金属离子氧化。

所述单晶硅片包括n型硅片或p型硅片，电阻率为0.001～1000Ω·cm，取向可以为（100）、（111）、（110）等。