CN101973517A - 一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法 - Google Patents

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胡俊青
陈辉辉
陈海华
王娜
邹儒佳
张震宇
余利
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Abstract

本发明涉及一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，包括：(1)将低掺杂的单晶硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗5～30分钟，然后浸入氧化剂溶液5～20分钟；(2)将硅片用5wt％～20wt％的氢氟酸溶液腐蚀1-10分钟；(3)置入刻蚀液中，常压下加热到50～100℃，并保温30-90分钟；真空干燥，得到低掺杂多孔硅纳米线阵列。本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；低掺杂多孔硅纳米线具有新奇的光电性能，可大大拓展硅半导体在纳米光电器件的应用领域。

Description

一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法
技术领域
本发明属于多孔硅纳米线阵列的制备领域，特别涉及一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法。
背景技术
多孔材料由于其独特的光电机械性能，可应用于催化剂基底、储氢材料、气体传感器、光电纳米器械等，日益成为研究的热点。目前，多孔硅、多孔二氧化硅、多孔二氧化钛、多孔碳已经成功制备，其中，多孔硅由于新奇的发光性能及其在光电器件以及传感器方面的应用，倍受关注，主要是通过化学刻蚀(HF/HNO3溶液)的制备方法获得。随着半导体纳米科技的发展，一维单晶多孔硅纳米线已经通过无电金属沉积化学刻蚀制备出来，并且具有优良的光电性能，可用于光催化基底及活性纳米光电器械。但是，研究表明单晶硅片的掺杂浓度决定了硅纳米线的表面粗糙度及其孔结构，只有高掺杂的硅片(P型硅片电阻率：＜0.005Ω·cm；N型硅片电阻率：0.008-0.02Ω·cm)经过化学刻蚀后才能获得多孔结构。目前，以低掺杂单晶硅片为原材料通过化学刻蚀方法获得多孔硅纳米线仍然是一个挑战。此外，掺杂浓度对硅纳米晶、硅纳米线的光电性能有很大的影响，所以，低掺杂的多孔硅纳米线可以大大拓宽多孔硅纳米线新奇的光电性能及其在光电纳米器件的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；低掺杂多孔硅纳米线具有新奇的光电性能，可大大拓展硅半导体在纳米光电器件的应用领域。
本发明的一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，包括：
(1)将低掺杂的单晶硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗5～30分钟，然后浸入氧化剂溶液5～20分钟；
(2)将上述处理后的硅片用5wt％～20wt％的氢氟酸溶液腐蚀1-10分钟；
(3)将上述腐蚀后的硅片置入刻蚀液中，常压下加热到50～100℃，并保温30-90分钟；取出真空干燥，得到低掺杂多孔硅纳米线阵列。
所述步骤(1)中的低掺杂的单晶硅片电阻率为1～10Ω·cm。
所述步骤(1)中的氧化剂为按体积比2∶1～4∶1混合的H2SO4与H2O2。
所述步骤(3)中的刻蚀液为氢氟酸、盐溶液和双氧水中的一种或几种，其中，氢氟酸的浓度为3-6mol/L；盐溶液为银盐和铁盐溶液中的一种或两种，浓度为0.01-0.05mol/L，刻蚀完需用浓硝酸去除产生的银和铁纳米粒子；双氧水的浓度为0.1-1.0mol/L，
所述银盐为硝酸银，铁盐为硝酸铁。
本发明在无电金属沉积化学刻蚀技术和高掺杂硅纳米线的基础上，以低掺杂硅片为原料，通过调控化学刻蚀的反应物浓度、时间、温度等实验参数，制备出低掺杂多孔硅纳米线，得到大面积分布均匀的硅纳米线阵列，并且硅纳米线的表面均匀分布着纳米孔。当刻蚀液中加入适当浓度的双氧水时，硅纳米线的表面刻蚀程度加深，表面更加粗糙，纳米孔分布更加密集，甚至可能横向贯穿整个硅纳米线。
有益效果
(1)本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；
(2)所制得的硅纳米线阵列面积大、分布均匀，且表面纳米孔分布均匀；低掺杂多孔硅纳米线具有新奇的光电性能，可大大拓展硅半导体在纳米光电器件的应用领域。
附图说明
图1为实施例1制备的低掺杂多孔硅纳米线的扫描电镜图片和透射电镜图片；
图2为实施例2制备的低掺杂多孔硅纳米线的扫描电镜图片和透射电镜图片；
图3为实施例3制备的低掺杂多孔硅纳米线的扫描电镜图片和透射电镜图片；
图4为实施例4制备的低掺杂多孔硅纳米线的扫描电镜图片和透射电镜图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗10分钟，浸入氧化剂溶液(体积比H2SO4∶H2O2＝3∶1)15分钟后，用去离子水清洗硅片，用质量分数为5％的氢氟酸溶液腐蚀硅片5分钟，然后置入氢氟酸(5M/L)和硝酸银(0.03M/L)的刻蚀液中，常压下加热到60℃，并保温60分钟，最后用浓硝酸溶液去除银纳米粒子，真空干燥，即可制得一种低掺杂多孔硅纳米线。
实施例2
将硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水等超声清洗10分钟，浸入氧化剂溶液(体积比H2SO4∶H2O2＝4∶1)10分钟后，用去离子水清洗硅片，用质量分数为7％的氢氟酸溶液腐蚀硅片3分钟，然后置入氢氟酸(4.8M/L)、硝酸银(0.02M/L)和双氧水(0.3M/L)的刻蚀液中，常压下加热到60℃，并保温50分钟，最后用浓硝酸溶液去除银纳米粒子，真空干燥，即可制得一种低掺杂多孔硅纳米线。
实施例3
将硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗15分钟，浸入氧化剂溶液(体积比H2SO4∶H2O2＝3∶1)15分钟后，用去离子水清洗硅片，用质量分数为10％的氢氟酸溶液腐蚀硅片4分钟，然后置入氢氟酸(5M/L)、硝酸银(0.03M/L)和硝酸铁(0.04M/L)的刻蚀液中，常压下加热到80℃，并保温40分钟，最后用浓硝酸溶液去除银和铁纳米粒子，真空干燥，即可制得一种低掺杂多孔硅纳米线。
实施例4
将硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗20分钟，浸入氧化剂溶液(体积比H2SO4∶H2O2＝2∶1)10分钟后，用去离子水清洗硅片，用质量分数为6％的氢氟酸溶液腐蚀硅片1分钟，然后置入氢氟酸(4.6M/L)、硝酸银(0.02M/L)和硝酸铁(0.05M/L)的刻蚀液中，常压下加热到70℃，并保温50分钟，最后用浓硝酸溶液去除银和铁纳米粒子，真空干燥，即可制得一种低掺杂多孔硅纳米线。

Claims (5)

1.一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，包括：
(1)将低掺杂的单晶硅片依次经过丙酮、酒精、去离子水超声清洗5～30分钟，然后浸入氧化剂溶液5～20分钟；
(2)将上述处理后的硅片用5wt％～20wt％的氢氟酸溶液腐蚀1-10分钟；
(3)将上述腐蚀后的硅片置入刻蚀液中，常压下加热到50～100℃，并保温30-90分钟；取出真空干燥，得到低掺杂多孔硅纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的低掺杂的单晶硅片电阻率为1～10Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氧化剂为按体积比2∶1～4∶1混合的H2SO4与H2O2。
4.根据权利要求1所述的一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的刻蚀液为氢氟酸、盐溶液、双氧水中的一种或几种，其中氢氟酸的浓度为3-6mol/L；盐溶液为银盐和铁盐溶液中的一种或两种，浓度为0.01-0.05mol/L，刻蚀完需用浓硝酸去除产生的银和铁纳米粒子；双氧水的浓度为0.1-1.0mol/L。
5.根据权利要求4所述的一种低掺杂多孔硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于：所述银盐为硝酸银，铁盐为硝酸铁。
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