[发明专利]硅微通道板中生长异质结的方法

说明书

一种微机电系统技术领域硅微通道板中生长异质结的方法，包括以下步骤：S1，将硅微通道板浸入表面活性剂中，排除硅微通道内空气并且活化硅，然后放入化学镀镍溶液中镀多孔镍；S2，将镀镍硅微通道板放入混有钠盐催化剂的多元醇中超声，然后进行溶剂热反应形成碳化镍包覆内壁的镀镍硅微通道板；S3，再退火得到石墨烯包覆内壁的镀镍硅微通道板；S4，将石墨烯包覆内壁的镀镍硅微通道板投入硫源和钼源混合溶剂中加热反应，形成二硫化钼/石墨烯异质结包覆内壁的镀镍硅微通道板。本发明通过逐步进行的化学镀镍、溶剂热渗碳和水热合成能够在硅微通道内生长异质结，该方法环境友好、简单易行、成本低廉。

技术领域

本发明涉及的是一种微机电系统领域的技术，具体是一种硅微通道板中生长异质结的方法。

背景技术

不同二维材料构成异质结构不仅继承了二维材料高比表面积等特点，同时具有独特的物理性质和化学性质。近几年，石墨烯与二维硫化物构成的范德瓦尔斯异质结构成为研究人员研究的热点，主要结构包括横向异质结构和纵向异质结构，其广泛应用在超级电容器、场致电子发射、锂离子电池、电催化和光电器件等领域。然而，石墨烯与二维硫化物构成的范德瓦尔斯异质结构出现的弱耦合和有效界面有限抑制了异质结器件的应用和推广。利用氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)表面丰富的含氧官能团增加与二维过渡金属硫化物之间的接触界面耦合强度。Rout等人通过低温水热方法合成了WS₂/rGO和SnS₂/rGO异质结构，拥有丰富边缘和表面凸点的电极展现了优异的场发射性能，第一性原理计算结果说明复合材料的电子结构部分重叠增强了场发射。图形化的石墨烯与二维硫化物构成的范德瓦尔斯异质结薄膜具有较高的有效界面，能够充分利用薄膜的活性点，提高储能器件和场发射器件的性能。

三维导电的互通网络负载MoS₂/graphene异质结构(MoS₂/3DGN、3DCoNi₂S₄-graphene-2D-MoSe₂、N,S-rGO/WSe₂/NiFe-LDH)也能提高材料的有效界面，增加活性点，提高器件性能。相关的文献调研显示多孔有序3D架构下TMDs/graphene异质结构场发射器件的报道较少，更无对其掺杂和等离子体处理的相关报道，因此，有必要探究其在场发射器件方面的应用，研究其2D材料之间有序强耦合和提高场发射电流稳定性和均匀性，这对于抑制闪光噪声以及研究真空间隙击穿的机理和实验具有深远的意义。

硅微通道板属于三维导电的互通网络可以作为模板制备各种复合材料，硅微通道板是硅在HF溶液中通过阳极溶解形成的一种材料。硅微通道板的形成最先是在20世纪50年代研究硅的电化学抛光时报道的。根据国际理论和应用化学联合会(International Unionof Pure and Applied Chemistry，IUPAC)对多孔硅的分类标准，多孔硅按孔的尺寸(宽度或直径)可分为三种：大于50nm的叫做宏孔(macroporous)，在2～50nm之间的叫做中孔(mesoporous)，而尺寸小于2nm的称为微孔。硅微通道板具有比表面积大、轻薄、制备工艺与集成电路工艺兼容的特点。其在光电倍增器、高能粒子探测、热传导器件、三维锂离子电池的、超级电容器、三维传感器等领域应用前景较好。

将石墨烯/二维过渡金属硫化物异质结构薄膜和硅微通道板合成复合电极，利用石墨烯/二维过渡金属硫化物异质结构薄膜具有导电性好、比表面积大，独特的物理性质和化学性质；硅微通道板比表面积大、结构规整、制备工艺与IC工艺兼容、重量轻薄等特点，将该复合电极经过退火工艺后，形成graphene-TMDs/Ni/Si-MCP电极，该电极在场发射传感器和超级电容负极材料具备较好的应用前景。