本发明专利技术公开了一种制备有序排列的弯折硅纳米线阵列的方法。该方法包括下述步骤：１）将刻蚀液置于耐氢氟酸腐蚀的容器中，然后将（１１１）晶向单晶硅片经过清洗，浸没于所述刻蚀液中，封闭容器；所述刻蚀液由硝酸银、氢氟酸和去离子水组成，所述刻蚀液中银离子的浓度为０．０１－０．０４ｍｏｌ／Ｌ，氢氟酸的浓度为１－５ｍｏｌ／Ｌ；２）将所述容器置于恒温水浴中，使所述硅片和刻蚀液反应，反应结束后，取出硅片，在所述硅片表面得到有序排列的弯折硅纳米线阵列。本发明专利技术的方法将金属离子辅助的溶液刻蚀技术和银粒子与硅片不同晶向的选择性作用有机地结合在一起，在硅片表面制备了有序排列的弯折硅纳米线阵列。该方法简便，反应条件温和，在室温下可一步实现有序排列的弯折硅纳米线阵列材料的制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
硅纳米结构材料具有特殊的光学、电学性质，广泛应用于光电器件和传感器件。为 了便于基于硅纳米结构的功能器件的制备和应用，在硅片表面经过特定的过程可控的引入 硅纳米结构是非常必要的。为了在硅片表面制备硅纳米结构材料，有文献报道应用电化学腐蚀方 法(L. T. Canham, Appl. Phys. Lett. 1990, 57, 1046 ；S. Q. Li, T. L. S. L. Wijesinghe, D. J. Blackwood, Adv. Mater. 2008，20，3165)，但是电化学腐蚀方法主要应用于多孔硅等无 序硅纳米结构的制备，对于硅纳米线阵列等有序排列的纳米结构阵列的制备还难以应用。也有报道，化学气相沉积法(J.Goldberger, A. I. Hochbaum, R. Fan, P. D. Yang, Nano. Lett. 2006，6，973 ;J. Zhu, Ζ. F. Yu, G. F. Burkhard, C. Μ. Hsu, S. Τ. Connor, Y. Q. Xu, Q. Wang, Μ. McGehee，S. H. Fan, Y. Cui，Nano. Lett. 2009，9，279)和激光刻蚀方法(B. R. Tul 1， J. Ε. Carey, Ε. Mazur, J. P. McDonald, S. Μ. Yalisove, MRS Bull. 2006,31,626 ；Z. H. Huang, J. E. Carey, M. G. Liu, X. Y. Guo, E. Mazur, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 2006，89，033506) 可以在硅片表面获得有序排列的硅纳米线阵列。但是，这些方法需要使用高温、高真空设 备，费用昂贵，限制了大面积制备的应用。并且因为所使用的催化剂金属颗粒会残留于硅纳 米线表面，对于硅纳米线的电子输运性能有显著的不利影响。最近，金属离子辅助的溶液刻蚀技术为在硅片表面引入大面积有序硅纳米结构提 供了一个重要的平台(K. Q. Peng, H. Fang, J. J. Hu, Y. Wu, J. Zhu, Y. J. Yan, S. Τ. Lee, Chem. Eur. J. 2006，12，7942)，例如可以应用于多孔硅、硅纳米直线阵列结构的制备。然而，关于有 序排列的弯折硅纳米线阵列材料的制备还没有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术所提供的制备有序排列的弯折硅纳米线阵列的方法，包括下述步骤1)将刻蚀液置于耐氢氟酸腐蚀的容器中，然后将<111>晶向单晶硅片经过清洗， 浸没于所述刻蚀液中，封闭容器；其中，所述刻蚀液由硝酸银、氢氟酸和去离子水组成，所述 刻蚀液中银离子的浓度为0. 01-0. 04mol/L，氢氟酸的浓度为l-5mol/L ；2)将所述容器置于恒温水浴中，使所述硅片和刻蚀液反应，反应结束后，取出硅 片，在所述硅片表面得到有序排列的弯折硅纳米线阵列。本专利技术中所述<111>晶向单晶硅片可为下述1)-3)中任意一种1)抛光处理后具有平整光滑表面(镜面)的<111>晶向单晶硅片；2)未经过抛光处理的具有粗糙表面(非镜面)的<111>晶向单晶硅片；3)表面有意识引入若干平整光滑区域和若干粗糙区域组成的<111>晶向单晶硅片。上述3)中的硅片是根据在硅片表面特定位置制备特定形貌的硅线阵列的需要，通过对抛光处理后的硅片平整表面(镜面)的部分区域再进行打磨处理，使单晶硅片表面 不同区域具有不同的粗糙度，调控硅片表面不同位置具有不同初始状态，就可以对硅片表 面最终的纳米阵列形貌分布区域进行控制，使得在硅片表面特定部位获得特定形貌的硅线 阵列。当对抛光处理后具有平整表面(镜面)的<111>晶向单晶硅片进行刻蚀时，可在 较高温度(高于45°C，优选50°C )条件下获得弯折硅线；当对未经过抛光处理的具有粗 糙表面(非镜面)的<111>晶向单晶硅片进行刻蚀时，可在不低于15°C的条件下(优选 15°C -75°C )获得弯折硅线。当在<111>晶向单晶硅片平整表面的部分区域有意识的引入粗糙度，调控硅片表 面不同位置不同初始状态，就可以对硅片表面最终的纳米阵列形貌进行控制，使得在硅片 表面不同部位获得不同形貌的硅线阵列。例如，在较低温度下进行刻蚀时(例如15°C)，光 滑表面部分得到的是硅纳米直线阵列，而粗糙表面部分得到折线阵列。上述步骤2)中所述反应的反应时间可为20-60分钟，优选为40分钟。本专利技术所述刻蚀液优选含氢氟酸浓度为4. 6mol/L,银离子浓度为0. 04mol/L的刻 蚀液。所述耐氢氟酸腐蚀的容器可为塑料器皿或者聚四氟乙烯容器等。所述<111>晶向单 晶硅片具体可为η型<111>硅片或P型<111>硅片。所述<111>晶向单晶硅片的清洗具体可按如下方法进行将所述单晶硅片先用铬 酸洗液浸泡除去硅片表面有机污染物，然后使用质量浓度5% -15%的氢氟酸水溶液处理 10-30分钟，最后再用去离子水冲洗。所述铬酸洗液由5克重铬酸钾、IOOml浓硫酸和IOml 水配制而成。本专利技术的方法还包括在步骤2)后，使用王水将所述硅片表面残留的银粒子去 除，并将硅片用去离子水冲洗、晾干的步骤。所述王水由盐酸和硝酸按照体积比3 1的比 例配制而成。本专利技术所提供的制备有序排列的弯折硅纳米线阵列的方法是通过银离子与硅片 的氧化还原作用诱导氢氟酸对硅片刻蚀，同时，硅片的特定晶向以及硅片表面初始状态又 促使并诱导被还原出来的银粒子沿特定方向在硅片内部运动，促使弯折硅纳米线阵列的生 成。由于硅片特定表面初始状态能诱导银粒子沿特定方向在硅片内部运动，甚至可以通过 对硅片表面不同位置的不同表面初始处理，从而在硅片特定位置引入特定形貌硅纳米线阵 列材料。本专利技术中所制备的弯折硅纳米线，可由于银粒子运动轨迹的多样性而呈现不同的 弯折角度如90度、120度或150度。本专利技术中所使用的硅片大小尺寸不受到限制，仅取决 于所使用的耐氢氟酸腐蚀的容器的大小。本专利技术的方法将金属离子辅助的溶液刻蚀技术和银粒子与硅片不同晶向的选择 性作用有机地结合在一起，在硅片表面制备了有序排列的弯折硅纳米线阵列材料。同时，由 于经过特定表面处理后的硅片的表面不同位置促使及诱导银粒子沿特定方向在硅片内部 运动的能力不同，可非常方便地在硅片表面特定位置引入特定形貌硅纳米线阵列材料。此 夕卜，本专利技术的方法简便，反应条件温和，在室温下可一步实现在硅片表面有序排列的弯折硅纳米线阵列材料的制备。 附图说明图1为实施例1中N型 <111>晶向硅片与刻蚀液反应后，硅片横截面的扫描电镜 (SEM)照片。图2为实施例2中P型<111>晶向硅片与刻蚀液反应后，硅片横截面的SEM照片。图3为实施例3中N型<111>晶向硅片与刻蚀液反应后，硅片横截面的SEM照片。图4为实施例4中N型<111>晶向硅片与刻蚀液反应后，硅片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有序排列的弯折硅纳米线阵列的制备方法，包括下述步骤：１）将刻蚀液置于耐氢氟酸腐蚀的容器中，然后将＜１１１＞晶向单晶硅片经过清洗，浸没于所述刻蚀液中，封闭容器；其中，所述刻蚀液由硝酸银、氢氟酸和去离子水组成，所述刻蚀液中银离子的浓度为０．０１－０．０４ｍｏｌ／Ｌ，氢氟酸的浓度为１－５ｍｏｌ／Ｌ；２）将所述容器置于恒温水浴中，使所述硅片和刻蚀液反应，反应结束后，取出硅片，在所述硅片表面得到有序排列的弯折硅纳米线阵列。
【技术特征摘要】
1.一种有序排列的弯折硅纳米线阵列的制备方法，包括下述步骤1)将刻蚀液置于耐氢氟酸腐蚀的容器中，然后将<111>晶向单晶硅片经过清洗，浸没 于所述刻蚀液中，封闭容器；其中，所述刻蚀液由硝酸银、氢氟酸和去离子水组成，所述刻蚀 液中银离子的浓度为0. 01-0. 04mol/L，氢氟酸的浓度为l-5mol/L ；2)将所述容器置于恒温水浴中，使所述硅片和刻蚀液反应，反应结束后，取出硅片，在 所述硅片表面得到有序排列的弯折硅纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述<111>晶向单晶硅片为下述任意一种1)抛光处理后具有光滑表面的<111>晶向单晶硅片；2)未经过抛光处理的具有粗糙表面的<111>晶向单晶硅片；3)表面由若干平整光滑区域和若干粗糙区域组成的<111>晶向单晶硅片。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述<111>晶向单晶硅片为抛光处理后 具有平整表面的<111>晶向单晶硅片，所述步骤2)中所述反应的反应温度高于45°C，优选 为 50 0C ο4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述<111>晶向单晶硅片为未经过抛光 处...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓宏，陈欢，王辉，欧雪梅，李述汤，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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