[发明专利]一种多维度图案化硅基纳米草制备方法及其应用

权利要求书

1.多维度图案化硅基纳米草制备方法，其特征为：包括三个部分：

第一部分是金属辅助化学刻蚀硅基纳米草系列实验及参数设计；

第二部分是电场/电流辅助下的多维度复杂结构表面上硅基纳米草的制备；

第三部分是基于光刻掩膜工艺的图案化硅基纳米草。

2.根据权利要求1所述的多维度图案化硅基纳米草制备方法，其特征为：所述第一部分进一步包括如下内容：

沉降和刻蚀发生在同一溶液中称为一步法，而金属纳米颗粒先沉降后刻蚀称为两步法的效果进行实验分析，硅片类型选用P型硅片，所述一步法的原理如下：

阴极反应方程式：

Ag⁺+e^-→Ag

阳极反应方程式：

Si+2H₂O+4e^-→SiO₂+4H⁺

总反应方程式：

Si+4AgNO₃+4HF→H₂SiF₆+4Ag+4HNO₃；

所述两步法的原理如下：

第一步中主要发生的反应是AgNO₃溶液中Ag⁺的沉降，在HF溶液的辅助刻蚀下，Ag⁺沉降在硅片表面成为Ag纳米颗粒，作为第二步中硅基纳米草刻蚀反应的催化剂，其化学方程式如下：

Si+4AgNO₃+4HF→H₂SiF₆+4Ag+4HNO₃

第二步中主要发生的反应是硅基纳米草的催化刻蚀反应，催化剂为第一步中的Ag纳米颗粒。催化反应过程中，Ag纳米颗粒和Ag⁺之间不断进行动态变化，加快硅基纳米草的刻蚀速率；反应中H₂O₂作为氧化剂并伴随有氢气产生，其化学反应方程式如下：

Si+4Ag⁺→Si⁴⁺+4Ag

4H⁺+4Ag+H₂O₂→4Ag⁺+2H₂O+H₂↑

Si⁴⁺+2H₂O→4H⁺+SiO₂

SiO₂+4HF→SiF₄+2H₂O

2HF+SiF₄→H₂SiF₆。

3.根据权利要求2所述的多维度图案化硅基纳米草制备方法，其特征为：所述第一部分进一步包括如下内容：

所述一步法的工艺流程包括如下步骤：

步骤一：采用丙酮、异丙醇、无水乙醇和水浸泡清洗硅片；

步骤二：用40％的氢氟酸与水(比例1∶7.5)的稀溶液除去表面氧化层；

步骤三：放入浓度为0.02mol/L的AgNO₃与5mol/L的HF混合溶液中，常温常压下反应刻蚀80min，放入65％的HNO₃溶液中除去表面Ag纳米颗粒后烘干；

所述两步法的工艺流程包括如下步骤：

步骤一：采用丙酮、异丙醇、无水乙醇和水浸泡清洗硅片；

步骤二：采用Piranha溶液对硅片表面进行深度清洗；

步骤三：用40％的氢氟酸与水(比例1∶7.5)的稀溶液除去表面氧化层；

步骤四：采用0.01mol/L的AgNO₃和采用4.8mol/L的HF配置第一步溶液，在常温常压条件下反应时间为5min；

步骤五：第一步沉降后立即放入1mol/L的H₂O₂和9.6mol/L的HF配置的第二步溶液中进行刻蚀，在常温常压条件下反应2h取出，最后置于65％的HNO₃溶液中洗去表面银离子后洗净烘干。