[发明专利]网状氧化钨纳米线修饰的硅纳米线异质多级结构及其制备方法和应用

说明书

本发明提供网状氧化钨纳米线修饰的硅纳米线异质多级结构及其制备方法和应用，按照下述步骤进行：金属辅助化学刻蚀法刻蚀硅纳米线阵列、硅纳米线阵列的稀疏、粗糙化处理、氧化钨种子层的制备和网状氧化钨纳米线的水热生长。基于一维纳米线的层状复合材料由于具有独特的高活性表面结构，非常适合于气体传感器，网状氧化钨纳米线修饰的硅纳米线异质多级结构因其特殊的异质结结构，增强了电导率以及载流子输运能力，所以在常温下对NO₂有较强的敏感响应。该结构可在常温下检测NO₂气体，在气体传感器与集成电路工艺兼容，延长传感器寿命，节约能耗，以及危险气体检测方面具有很重要的研究价值。

技术领域

本发明涉及半导体气敏传感器技术领域，更具体地说涉及一种网状氧化钨纳米线修饰的硅纳米线异质多级结构及其制备方法和应用，该结构在常温下暴露于NO₂环境，电阻阻值会明显下降，从而可在常温下检测NO₂气体，该结构在气体传感器与集成电路工艺兼容，延长传感器寿命，节约能耗，以及危险气体检测方面具有很重要的研究价值。

背景技术

随着社会经济的发展，我们赖以生存的环境付出了巨大的代价，大量燃料的燃烧、汽车尾气的排放以及工业生产过程产生了大量有毒有害气体，其中NO₂的危害不可忽视。NO₂造成大气、水体及土壤污染，可以使大气能见度降低，且其是酸雨的成因之一，使水体酸化、富营养化。同时NO₂本身毒性可极大地危害人体健康，引起肺水肿等呼吸疾病。我国规定环境中NO₂浓度应低于120ppb，因此制备性能优良的NO₂气敏传感器、实现对毒性NO₂气体的实时有效可靠检测刻不容缓。要获得高性能的纳米传感器，首先就要制备出可以提供这些高性能可能性的纳米材料。

在气敏领域，到目前为止，不同的半导体材料如硅纳米线和各种金属氧化物尤其是氧化钨等具有成本低及灵敏度高的优点，被普遍认为是最有发展应用前景的气敏材料。金属氧化物与高灵敏度响应的NO₂气体，但其较高的工作温度(一般100-300℃)，给现代传感器的低功耗带来了巨大的挑战。近年来，在低功耗传感器的应用中，硅纳米线作为一种可在室温下工作的有良好前景的气体传感器材料，硅纳米线在传感器的低功耗应用中已经引起越来越多的关注。硅纳米线传感器其他明显的优势还包括易于和其他硅基器件集以及在硅晶元上制造。

根据以往的研究表明，掺杂或者形成复合型气敏材料是降低氧化钨材料工作温度的一种有效途径，并且可以进一步提高对NO₂的灵敏度和选择性。因此制备复合气敏材料是实现室温探测低浓度NO₂的有效途径。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种网状氧化钨纳米线修饰的硅纳米线异质多级结构及其制备方法和应用，该结构可在常温下对NO2敏感，可用于NO2的检测，在气体传感器与集成电路工艺兼容，延长传感器寿命，节约能耗，以及危险气体检测方面具有很重要的研究价值。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

网状氧化钨纳米线修饰的硅纳米线异质多级结构及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，金属辅助化学刻蚀法刻蚀硅纳米线阵列：将硝酸银溶于氢氟酸溶液中，所得溶液中氢氟酸浓度为5-5.5M，硝酸银浓度为0.025-0.030M，将硅片在上述溶液中浸泡1-4h后放入质量百分数30％的硝酸水溶液中5-20min，然后用去离子水冲洗干净；

步骤2，硅纳米线阵列的稀疏、粗糙化处理：将步骤1制得的硅片用去离子水清洗后在质量百分数5—10％的氢氟酸水溶液中浸泡1—5min，然后再用去离子水清洗后，在质量百分数10—20％的KOH水溶液中浸泡20—30s，通过二次刻蚀，使得硅纳米线阵列变的稀疏及表面粗糙，从而有利于接下来氧化钨种子的附着及气体扩散；