CN102583384A - 一种转移阵列硅纳米线的方法 - Google Patents

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沙健
罗亚菲
王业伍
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Abstract

本发明公开了一种转移阵列硅纳米线的方法。传统转移硅线方法时硅线容易团簇成束状，不易形成分散排列的阵列，而且转移过程复杂，不易操作。本发明首先将单晶硅片依次通过丙酮、乙醇、去离子水、强氧化性混合液清洗干净；其次用湿化学腐蚀的方法制备阵列硅纳米线，并采用无电沉积方法在单晶硅片表面沉积银颗粒催化剂；最后将经过切割的单晶硅片上的阵列硅纳米线，转移到具有粘附性的胶带上。本发明具有简便、易操作、成本低的特点，同时可用于转移其它材料的纳米线阵列。

Description

一种转移阵列硅纳米线的方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种转移阵列硅纳米线的方法。
背景技术
垂直于衬底的阵列硅纳米线在电子器件中有着广泛的应用，如场效应晶体管、LED、热电模块、锂电池负极等。尽管垂直的硅纳米线可以实现良好的可控生长，不管是自上而下的腐蚀方法，还是自下而上的外延生长方法。这些方法得到的硅纳米线都是以单晶硅片作为衬底，然而硅衬底往往限制了硅线阵列的应用。为了有效的扩大纳米硅线的应用范围，通常采用两种方法：一种方法是把衬底硅片厚度减小到一定程度再进行外延生长，但是这种方法成本很高；另一种方法是将硅衬底上的纳米硅线转移到其他衬底。传统转移硅线的方法是将纳米硅线阵列嵌入到PDMS或PMMA等有机物中，施加一定的压强，然后再从硅衬底上将纳米线剥离并转移到新的衬底上。然而，在将硅线嵌入到有机物中时，硅线容易团簇成束状，不易形成分散排列的阵列，而且转移过程复杂，不易操作。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种转移阵列硅纳米线的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下：
步骤(1).将单晶硅片清洗干净；首先，将单晶硅片放在丙酮中超声20分钟，去除单晶硅片表面的有机杂质；接着放入乙醇中再超声20分钟，去除单晶硅片表面的丙酮；然后放入去离子水中超声20分钟，去除单晶硅片表面的乙醇；最后将单晶硅片放入强氧化性混合液中，去除单晶硅片表面的氧化硅；
所述的强氧化性混合液由浓度为98%的浓硫酸和30wt%的双氧水以4:1的体积比混合组成；
所述的步骤(1)中采用的单晶硅片为100晶面方向，厚度为500μm；
步骤(2).用湿化学腐蚀的方法制备阵列硅纳米线；首先采用无电沉积方法在单晶硅片表面沉积银颗粒催化剂；沉积时的反应溶液为0.01M的硝酸银和4.8M的氢氟酸的混合溶液，沉积时间为30s；然后将表面沉积有银颗粒催化剂的单晶硅片放入腐蚀溶液，腐蚀溶液为0.3M的双氧水和4.8M的氢氟酸的混合溶液，腐蚀时间为10                                               
Figure 2012100716436100002DEST_PATH_IMAGE002
120分钟，最后得到具有阵列硅纳米线的单晶硅片，并将该单晶硅片切割成a
Figure 2012100716436100002DEST_PATH_IMAGE004
b的矩形；
所述的阵列硅纳米线分布在单晶硅片衬底上，且长度在1
Figure 57247DEST_PATH_IMAGE002
100μm之间，直径在10
Figure 974388DEST_PATH_IMAGE002
200nm之间；
所述的a、b为矩形相邻的两条边，a为0.52㎝，b为1
Figure 87017DEST_PATH_IMAGE002
4㎝；
步骤(3).将经过切割的矩形状单晶硅片上的阵列硅纳米线，转移到具有粘附性的胶带上；首先，将胶带粘附到单晶硅片表面的阵列硅纳米线上，然后对胶带施加垂直胶带表面的压力，再迅速将胶带与单晶硅片分离，单晶硅片上的垂直硅纳米线被剥离到胶带上，且呈分立分布状态；胶带衬底上的垂直硅纳米线整体均匀，长度在10
Figure 94200DEST_PATH_IMAGE002
50μm。
所述的施加于垂直胶带表面的压力为1~100N，可根据单晶硅片衬底上的硅纳米线的长度进行调整。
所述的具有粘附性的胶带为碳导电胶，规格为：基质材料为绝缘无纺布，导电物质为碳粉，厚度0.1
Figure 854345DEST_PATH_IMAGE002
0.5mm，且胶带的大小与切割后带有阵列硅纳米线的矩形状单晶硅片大小相同。
本发明有益效果如下：
本发明在简便、易制作、低成本的前提下，得到了质量良好的阵列硅纳米线，而且转移硅线的长度和直径可根据需要予以调节，转移面积的大小取决于硅片的大小，因此本发明为垂直阵列硅纳米线的转移用提供了一种新的方法。
附图说明
图1为转移之前的硅片衬底上硅线的扫描电子显微镜图；
图2为转移之后的硅片衬底上硅线的扫描电子显微镜图；
图3为转移到胶带衬底上硅线的低倍镜扫描电子显微镜图；
图4为转移到胶带衬底上硅线的高倍镜扫描电子显微镜图。
具实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
步骤(1).将单晶硅片清洗干净；首先，将单晶硅片放在丙酮中超声20分钟，去除单晶硅片表面的有机杂质；接着放入乙醇中再超声20分钟，去除单晶硅片表面的丙酮；然后放入去离子水中超声20分钟，去除单晶硅片表面的乙醇；最后将单晶硅片放入强氧化性混合液中，去除单晶硅片表面的氧化硅；
所述的强氧化性混合液由浓度为98%的浓硫酸和30wt%的双氧水以4:1的体积比混合组成；
所述的步骤(1)中采用的单晶硅片为100晶面方向，厚度为500μm；
步骤(2).用湿化学腐蚀的方法制备阵列硅纳米线；首先采用无电沉积方法在单晶硅片表面沉积银颗粒催化剂；沉积时的反应溶液为0.01M的硝酸银和4.8M的氢氟酸的混合溶液，沉积时间为30s；然后将表面沉积有银颗粒催化剂的单晶硅片放入腐蚀溶液，腐蚀溶液为0.3M的双氧水和4.8M的氢氟酸的混合溶液，腐蚀时间为10
Figure 121378DEST_PATH_IMAGE002
120分钟，最后得到具有阵列硅纳米线的单晶硅片，并将该单晶硅片切割成ab的矩形；
如图1所示，所述的阵列硅纳米线分布在单晶硅片衬底上，且长度在1
Figure 113791DEST_PATH_IMAGE002
100μm之间，直径在10200nm之间；
所述的a、b为矩形相邻的两条边，a为0.52㎝，b为1
Figure 785447DEST_PATH_IMAGE002
4㎝；
步骤(3).将经过切割的矩形状单晶硅片上的阵列硅纳米线，转移到具有粘附性的胶带上；首先，将胶带粘附到单晶硅片表面的阵列硅纳米线上，然后对胶带施加垂直胶带表面的压力，再迅速将胶带与单晶硅片分离，单晶硅片上的垂直硅纳米线被剥离到胶带上，且呈分立分布状态；胶带衬底上的垂直硅纳米线整体均匀，长度在10
Figure 246515DEST_PATH_IMAGE002
50μm。
所述的施加于垂直胶带表面的压力为1~100N，可根据单晶硅片衬底上的硅纳米线的长度进行调整。
所述的具有粘附性的胶带为碳导电胶，规格为：基质材料为绝缘无纺布，导电物质为碳粉，厚度0.10.5mm，且胶带的大小与切割后带有阵列硅纳米线的矩形状单晶硅片大小相同。
如图3、图4所示，分别为本发明将阵列硅纳米线转移到胶带衬底上后，硅线的低倍镜、高倍镜扫描电子显微镜图。本发明得到的阵列硅纳米线可用于多种电子器件，根据需求可转移到具有粘附性的不同胶带上；同时，还可用于转移其他不同材料的阵列纳米线，根据不同材料的不同物理性质，具有各自最优的转移长度。

Claims (1)

1. 一种转移阵列硅纳米线的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1).将单晶硅片清洗干净；首先，将单晶硅片放在丙酮中超声20分钟，去除单晶硅片表面的有机杂质；接着放入乙醇中再超声20分钟，去除单晶硅片表面的丙酮；然后放入去离子水中超声20分钟，去除单晶硅片表面的乙醇；最后将单晶硅片放入强氧化性混合液中，去除单晶硅片表面的氧化硅；
所述的强氧化性混合液由浓度为98%的浓硫酸和30wt%的双氧水以4:1的体积比混合组成；
所述的步骤(1)中采用的单晶硅片为100晶面方向，厚度为500μm；
步骤(2).用湿化学腐蚀的方法制备阵列硅纳米线；首先采用无电沉积方法在单晶硅片表面沉积银颗粒催化剂；沉积时的反应溶液为0.01M的硝酸银和4.8M的氢氟酸的混合溶液，沉积时间为30s；然后将表面沉积有银颗粒催化剂的单晶硅片放入腐蚀溶液，腐蚀溶液为0.3M的双氧水和4.8M的氢氟酸的混合溶液，腐蚀时间为10                                               
Figure 2012100716436100001DEST_PATH_IMAGE002
120分钟，最后得到具有阵列硅纳米线的单晶硅片，并将该单晶硅片切割成a
Figure 2012100716436100001DEST_PATH_IMAGE004
b的矩形；
所述的阵列硅纳米线分布在单晶硅片衬底上，且长度在1
Figure 225740DEST_PATH_IMAGE002
100μm之间，直径在10200nm之间；
所述的a、b为矩形相邻的两条边，a为0.5
Figure 82017DEST_PATH_IMAGE002
2㎝，b为1
Figure 604134DEST_PATH_IMAGE002
4㎝；
步骤(3).将经过切割的矩形状单晶硅片上的阵列硅纳米线，转移到具有粘附性的胶带上；首先，将胶带粘附到单晶硅片表面的阵列硅纳米线上，然后对胶带施加垂直胶带表面的压力，再迅速将胶带与单晶硅片分离，单晶硅片上的垂直硅纳米线被剥离到胶带上，且呈分立分布状态；胶带衬底上的垂直硅纳米线整体均匀，长度在10
Figure 333056DEST_PATH_IMAGE002
50μm；
所述的施加于垂直胶带表面的压力为1~100N，可根据单晶硅片衬底上的硅纳米线的长度进行调整；
所述的具有粘附性的胶带为碳导电胶，规格为：基质材料为绝缘无纺布，导电物质为碳粉，厚度0.1
Figure 349553DEST_PATH_IMAGE002
0.5mm，且胶带的大小与切割后带有阵列硅纳米线的矩形状单晶硅片大小相同。
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