基于金属催化化学腐蚀的硅纳米线可控制备.pdf

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1、锨材料2014年第12期(45)卷文章编号：1001—9731(2014)12—12122—06基于金属催化化学腐蚀的硅纳米线可控制备陈梓铭，王志恒，陈颖聪，陈津桥，肖经洋，姚日晖(1．华南理工大学材料科学与工程学院，广州510640；2．发光材料与器件国家重点实验室，广州510640)摘要：硅纳米线由于其独特的光电特性，被认为是35IC的水浴锅里分别放入[HF]／[AgNO。]浓度为最具前景的光电材料之一。本文关注于使用金属催化[4．8mol／L]／E4mmol／L]，[4．8mol／L]／[5mmol／化学腐蚀法制备硅纳米线当中各种可控参数的影响，L]，[4．8mol／

2、L]／[7mmol／L]，[4．8mol／L]／成功地完成了硅纳米线制备。研究发现，高电镀液浓ElOmmol／L~的电镀液中电镀1min，以去离子水洗度与长电镀时间都会形成小密度的硅纳米线阵列；而净。再将同一电镀条件的硅片分别放人[HF1／腐蚀液浓度控制着腐蚀速率与硅纳米线的形貌。腐蚀[H0]浓度为[4．8mol／L]／~O．1mol／L~，E4．8mol／时间对硅纳米线长度和密度都具有一定的影响；而使L]／E0．15mol／L]，[4．8mol／L]／E0．25mol／L]，用氮气干燥能够改善硅纳米线的聚集情况。E4．8mol／L~／F0．4mol／L~的腐蚀液中腐蚀3O

3、min，关键词：金属催化化学腐蚀；硅纳米线；制备；可控参以去离子水洗净，观察电镀液与腐蚀液浓度对硅纳米数线制备的影响，样品皆自然风干。同时也制备了不同中图分类号：TM23文献标识码：A腐蚀时间、电镀时间、干燥条件的样品，观察以上3种DOI：10．3969／j．issn．1001-9731．2014．12．024因素对制备的影响。所有样品都使用SEM(ZEISSEVO18)进行观测。1引言3结果与分析硅纳米线由于其独特的一维结构和良好的光电性质，在电子l1和光电子_4产品、热电元件]、化学和通过实验结果，分析研究了腐蚀液与电镀液浓度、生物传感口_8_中都具有潜在的应用。而硅纳

4、米线的制腐蚀时间等参数对硅纳米线的影响。备方法有VLS—CVD(基于气一液一固机制的化学气相沉3．1电镀液浓度与腐蚀液浓度的影响积)]、反应离子体刻蚀法叩和金属催化化学腐蚀通过对电镀液浓度与腐蚀液浓度的系统性实验法口等。在诸多的制备方法中，金属催化化学腐蚀法后，实验结果如表1所示。表1中样品皆处于35℃，由于其制备成本低、实验简单、能大面积制备等优点而电镀1min，腐蚀30min，自然风干的实验条件下，表独树一帜，是今后制备硅纳米线的主流技术之一[1。中图片皆为SEM俯视图，图中比例标尺为1m。而本文主要着重于研究各种不同的实验参数对使用金由表1的俯视图可比较看出，在腐蚀液

5、浓度一定属催化化学腐蚀法制备硅纳米线阵列影响。在以往的时，随着Ag浓度的增加，硅纳米线的密度逐渐减小，工作中，曾有文献[131探讨过AgNO。与HF浓度所并且越来越倾向于团聚在一起。当[HF~／EHO]一产生的影响，可是并没有系统地研究与阐释两者的关[4．8mol／L]／[O．1mol／L~时，硅纳米线分布相对均系；s．L．Cheng等_1报道了在金属催化化学腐蚀中匀，可归因于其硅纳米线长度较短(约7m)，刚性较腐蚀时间与硅纳米线长度成正比的关系，而除此之外，强，自然风干时毛细力及附着力不足以使大部分硅纳研究还发现，短的腐蚀时间能够制备出大密度的硅纳米线弯曲而让其顶部团结在

6、一起。反之，无论腐蚀液米线阵列。处于何种浓度，当AgNO。浓度到达7～10mmol／L时，硅纳米线都发生团聚，如图1所示。此时由于Ag2实验颗粒覆盖的面积较大，硅纳米线间距大，密度较低，更通过金属催化化学腐蚀法制备硅纳米线，具体制容易由于毛细力与附着力的牵引而发生团聚。备条件如下：先将(100)硅片置于约2O的HF中3．1．1当腐蚀液浓度不变而电镀液浓度变化时10min，以除去表面的氧化层。再将硅片用去离子水在金属催化化学腐蚀中，作为氧化剂的HO在清洗后，在室温下先后放人酒精和去离子水中超声震金属附近分解变为HO，同时向Ag中注入了空穴，部荡10min，完成硅片清洗工作。将

7、清洗后的硅片在分空穴使Ag变为Ag，部分扩散至硅表面使之氧化。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51073056)；广东高校优秀青年创新人才培养资助项目(IYM10013)收到初稿日期：201309—16收到修改稿日期：2014—03—16通讯作者：姚日晖，E-mail：yaorihui@scut．edu．cn作者简介：陈梓铭(1991一)，男，广州人，在读硕士，师承曹镛院士，主要从事纳米太阳能电池研究。堕壁竺!生．￡全堂壁垡笪鱼———————————：．=———=__———————兰旦表1在不同电镀液浓度条件下