CN103572374A - 一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法，属于微纳加工领域。首先将（100）单晶硅片清洗、干燥后，利用离子溅射镀膜方法在硅片上沉积金属金；然后在室温下配制氢氟酸和双氧水的混合溶液，将镀金后的硅片正面朝上置于溶液中，湿法刻蚀所需时间；最后将硅片取出，立即用异丙醇冲洗，利用氮气吹干，得到硅纳米线结构。本发明的方法不需要高温以及复杂的设备，在常温下就可以制备大面积的硅纳米线结构，其工艺流程简单，成本低廉，并且纳米线的尺寸可调。

Description

一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法
技术领域
本发明涉及一种硅纳米线阵列的制备方法，属于微纳加工领域。
背景技术
目前，一维纳米结构例如纳米线和纳米管引起了研究者的极大兴趣，硅纳米线在存储材料、量子限制效应、纳米半导体材料、以及生化传感器中有着广泛的应用。
如今的硅纳米线制备方法主要有：化学气相沉积（CVD），脉冲激光烧蚀法（Laser ablation），物理蒸发法（Physical evaporation），金属辅助化学刻蚀（Metal assisted chemical etching）等。但这些方法有诸多不利因素，如需要高温环境、复杂的设备与模板设计以及较长的合成时间等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的制备硅纳米线的方法，不需要高温、复杂的设备和模板，可以大面积制备硅纳米线结构。
本发明采用的技术方案如下：
a)将（100）单晶硅片于RCA（氨水：双氧水：水=1:1:5）溶液中清洗，加热到80摄氏度后半小时取出，在干燥后的单晶硅片上利用离子溅射镀膜方法镀上厚度为5-10nm的金，通过溅射不同厚度的金，得到不同大小的金颗粒；
b）在室温下配制氢氟酸和双氧水的混合溶液，其中m（HF）:m（H2O2）:m（H2O）=17:5:90，将镀金后的硅片正面朝上置于溶液中，湿法刻蚀所需时间；
c）将硅片取出，立即用异丙醇冲洗，利用氮气吹干，得到硅纳米线结构。
相比现有技术中的制备方法，本发明的方法具有以下有益效果：（1）不需要高温以及复杂的设备，常温下可以制备；（2）工艺流程简单，成本低廉；（3）不需要制作模板，得到的硅纳米线面积可达硅片尺寸，并且纳米线的尺寸可调。
附图说明
图1为本发明的制备流程图，其中，1-硅衬底；2-纳米金颗粒；3-氢氟酸双氧水混合溶液。
图2为本发明实施例2制得的硅纳米线侧面电镜照片。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的制备流程如下：
a)首先使用RCA（氨水：双氧水：水=1:1:5）溶液清洗硅衬底1，衬底的清洁度直接影响到后续纳米结构的制备质量，该配比的溶液能够较好地去除衬底上的杂物和油污等。然后加热到80摄氏度后半小时取出硅衬底1，利用离子溅射镀膜方法在衬底上溅射10nm的Au，形成纳米金颗粒2。通过溅射不同厚度的金，得到不同大小的金颗粒。此处如果溅射过厚的金，金颗粒会连结在一起，于是不能很好地向下刻蚀，如果溅射过薄的金，刻蚀速率会比较慢。
b)配制氢氟酸、双氧水与水的质量比为17：5:90的溶液3(其中，HF的浓度为40%，H2O2的浓度为30%)。HF与H2O2质量比过高或过低都不利于结构以合适的速率生长，该数值比为最佳的生长条件。
c)将溅射镀金的硅片正面朝上，置于配好的溶液3中进行酸刻，金作为催化剂，进行电化学反应，3分钟后取出，得到3um高的硅纳米线。
实施例2
a)在RCA清洗过的(100)硅片上溅射10nm Au；
b)配制氢氟酸、双氧水与水的质量比为17：5:90的溶液3，(HF40%，H2O230%);
c)将溅射镀金的硅片正面朝上，置于溶液3中进行酸刻，6分钟后取出，得到6um高的硅纳米线。
实施例3
a)在RCA清洗过的(100)硅片上溅射5nm Au；
b)配制氢氟酸、双氧水与水的质量比为17：5:90的溶液3，(HF40%，H2O230%);
c)将溅射镀金的硅片正面朝上，置于溶液3中进行酸刻，6分钟后取出，得到5um高的硅纳米线。

Claims (4)

1.一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法，其特征在于，制备步骤如下：
a）将（100）单晶硅片清洗、干燥后，利用离子溅射镀膜方法在硅片上沉积金属金；
b）在室温下配制氢氟酸和双氧水的混合溶液，将镀金后的硅片正面朝上置于溶液中，湿法刻蚀所需时间；
c）将硅片取出，立即用异丙醇冲洗，利用氮气吹干，得到硅纳米线结构。
2.根据权利要求1所述的一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法，其特征在于，所述步骤a)中，单晶硅片使用氨水：双氧水：水=1:1:5的溶液清洗后，加热到80摄氏度后半小时取出。
3.根据权利要求1所述的一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法，其特征在于，所述金的厚度为5-10nm。
4.根据权利要求1所述的一种利用溅射沉积金属制备硅纳米线的方法，其特征在于，所述步骤b)中，氢氟酸和双氧水的混合溶液的质量百分配比为HF:H2O2:H2O=17:5:90。
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