[发明专利]硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构及其制备方法和在探测二氧化氮中的应用

权利要求书

1.硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构，其特征在于，以硅纳米线垂直于硅片基底形成硅纳米线阵列，在组成硅纳米线阵列的每根硅纳米线的整个外表面上原位生长氧化钨纳米线，以形成刷状多级结构。

2.根据权利要求1所述的硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构，其特征在于，硅纳米线平均长度为10—20微米，优选12—15微米，直径平均为100—200nm，优选140—180nm。氧化钨纳米线平均长度为400—800nm，优选500—600nm；直径平均为20—50nm，优选30—50nm。

3.硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，使用金属辅助化学刻蚀法刻蚀硅片，以在硅片上形成垂直于硅片的硅纳米线阵列；选择硝酸银和氢氟酸的混合水溶液为刻蚀环境，将硅片浸泡在溶液中进行纳米线阵列的刻蚀，氢氟酸浓度为5-5.5M，硝酸银浓度为0.025-0.030M；

步骤2，对步骤1制备的硅纳米线阵列进行稀疏粗糙化处理，将刻蚀硅纳米线阵列的硅片先后浸泡在氢氟酸和碱液中，以使硅纳米线阵列变得稀疏、硅纳米线表面粗糙；

步骤3，对步骤2得到的硅纳米线阵列进行金属钨的沉积，以形成钨薄膜材料层；以金属钨作为靶材，以氩气作为溅射气体，在设置硅纳米线的硅片一侧表面沉积金属钨，以形成薄膜源材料层；

步骤4，将步骤3得到的材料进行升温结晶热处理，以在硅纳米线上表面生长氧化钨纳米线；以氩气为工作气体，氧气为反应气体，镀有钨薄膜的硅片基底放在管式炉的高温区，从室温20—25摄氏度升到600-700℃，升温速率2-5℃/min，在600-700℃保温至少1小时，然后降温0.5—1小时至400—450℃，最后自然冷却到室温20—25摄氏度，即可在硅纳米线上表面生长氧化钨纳米线。

4.根据权利要求3所述的硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，硅片在溶液中浸泡时间至少1小时，优选2—4小时，温度为20—25摄氏度；优选氢氟酸浓度为5.3-5.5M，硝酸银浓度为0.025-0.028M。

5.根据权利要求3所述的硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤2中，浸泡在氢氟酸时，氢氟酸为质量百分比5wt％的氢氟酸水溶液，浸泡时间至少1min，优选5—10min，温度为20—25摄氏度；浸泡在碱液时，碱液为质量百分比10—20wt的氢氧化钾或者氢氧化钠水溶液，浸泡时间至少10s，优选10—30s；温度为20—25摄氏度。

6.根据权利要求3所述的硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤3中，氩气流量为30-50sccm，优选35—45sccm，溅射工作气压为1—2.0Pa，溅射功率为80-100W，溅射时间为10-20min，硅片温度为室温20—25摄氏度；靶材金属钨的质量纯度为99.999％，氩气的质量纯度为99.999％，溅射要求的本体真空4.0×10^-4pa以下。

7.根据权利要求3所述的硅纳米线—氧化钨纳米线刷状多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤4中，氧气的质量纯度为99.99％，氩气的质量纯度为99.999％；氧气流量为0.1-0.5sccm，优选为0.3-0.5sccm；氩气流量为75-80sccm；从室温20—25摄氏度升到650-700℃，升温速率2-5℃/min，在650-700℃保温1—3小时，然后降温1小时至400℃，最后自然冷却到室温20—25摄氏度；控制炉内生长压力为120-140Pa。

8.基于硅纳米线/氧化钨纳米线复合异质多级结构的气敏元件，其特征在于，在硅纳米线/氧化钨纳米线复合异质多级结构上设置两个电极，并与硅纳米线/氧化钨纳米线复合异质多级结构形成欧姆接触。