[发明专利]一种铜纳米粒子辅助刻蚀制备多孔硅的方法

说明书

本发明公开了一种利用铜纳米粒子辅助刻蚀制备多孔硅的方法。本方法是利用尺寸可控的铜纳米粒子辅助刻蚀，选用经过清洗、去损与制绒后的硅片，将预处理后的硅片浸入含有铜纳米粒子的悬浮溶液中，沉积时间为0.5～3h，将硅片取出置于反应釜中的腐蚀体系，刻蚀时间为15～60min，温度为50～90℃。最终在硅片表面生成多孔结构。本发明利用尺寸可控的铜纳米粒子沉积到清洗制绒后的硅片表面辅助刻蚀制备多孔硅，具有操作简单，条件可控，反应温度低，效率高等优点，实现了在硅片表面的大面积腐蚀，提高多孔硅结构的均匀性，同时能够有效地降低反射率，是用于制备生物和化学传感器元件的理想材料。

技术领域

本发明涉及多孔硅材料技术领域，尤其涉及一种铜纳米粒子辅助刻蚀制备多孔硅的方法。

背景技术

多孔硅最先是Uhirs于1956年在贝尔实验室制备的，他们在探索硅片的电化学抛光工艺时，意外地在经过电化学处理的单晶硅表面观察到一种无光泽的黑色、棕色或红色的薄膜，并对其微结构和电学性质做了大量的研究，但对其光学性质研究不够。1958年，同一实验室的Turnerlvl在论文中详细论述了这种薄膜的形成条件、材料成分和诸多性质，但他们认为这种薄膜只是一种硅纳米结构，并没有发现这种材料结构上的多孔性。直到1971年Watanabe及其合作者发现了多孔硅的多孔结构，并认为这层薄膜是晶体硅的一层氧化膜。七十年代后，由于利用多孔硅比较容易获得高质量的二氧化硅绝缘层，并且它本身是一种硅材料，很容易与现有的硅技术兼容，多孔硅开始被用于集成电路中的器件隔离和SOI(Silicon on Insulator)材料生长，从而使多孔硅成为硅平面工艺的重要组成部分。1984年，Pickering等发现多孔硅有发光现象，但将发光原因归为多孔硅的非晶态结构而未引起重视。直到1990年，英国科学家LT.Canham首次报道多孔硅(Ps-porous silicon)在室温下可以发出高效率的可见光，这一重大发现真正把研究者的目光吸引到了这种材料上来。

关于多孔硅的制备方法，总体可归纳为电化学方法、光化学腐蚀法、刻蚀法和水热腐蚀法。例如中国专利(公开号CN102134737A)首先把硅片装配在电解槽中，再把电解液加入电解槽内，并把金属铂插入电解液中做阴极，其特点是：将电解槽置于超声波发生器中，其中超声波发生器内的导电液体作为阳极；用脉冲电流源连接阳极和阴极，打开脉冲电流源和超声波发生器，进行电化学腐蚀反应，即得多孔硅片。中国专利(公开号CN103588205A)其特征是：过渡金属盐前驱体在一定温度和压力及矿化剂作用下，在有机溶剂中和原料硅发生原位催化反应，并通过酸洗等后处理除杂技术制备多孔硅材料。另外文献通过金属银催化腐蚀制备多孔硅(Chemical etching ofSi byAg nanocatalysts in HF-H₂O₂:application to multicrystalline Si solar cell texturisation.StéphaneBastide.,et al.Phys.Status Solidi C.2009,6(7):1536-1540)。

以上这些报道或实验过程复杂，实验条件要求苛刻，或所用催化剂成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的制备多孔硅的方法，为多孔硅的制备和进一步应用提供了一种新途径，利用铜纳米粒子辅助刻蚀制备多孔硅。

本发明采用如下技术方案：

本发明的铜纳米粒子辅助刻蚀制备多孔硅的方法的具体步骤如下：

(1)将硅片在Piranha溶液中进行清洗去除有机物，然后在HF溶液中去除损伤层和表面氧化物，在RCAⅡ洗液中去除表面金属杂质，最后放置烘箱中烘干；

(2)将步骤(1)烘干后的硅片放在NaOH溶液中预制绒，然后在NaOH、Na₂SiO₃、IPA混合体系进行硅片制绒，制绒后分别放置于HF溶液、HCl、和去离子水中清洗；