CN104835719B - 一种多孔SiO2纳米线阵列的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔SiO2纳米线阵列的制备方法，主要基于金属辅助化学刻蚀方法，首先将硅片放置于氢氟酸和硝酸银的混合液中，通过氧化还原反应在硅片表面形成银膜，然后再将其放置在氢氟酸与双氧水的混合液中进行金属催化化学刻蚀，在硅片上得到多孔硅纳米线阵列，最后对硅纳米线进行氧化得到多孔氧化硅纳米线阵列。本发明的制备方法简单易行，成本较低，形貌可控，适于大批量生产。

Description

一种多孔SiO2纳米线阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米线阵列的制备方法，尤其涉及一种多孔SiO2纳米线阵列的制备方法。
背景技术
氧化硅纳米材料在现在微电子集成电路中常常作为隔离层和绝缘层，它的一维纳米材料由于其独特的结构与电学、磁学、光学等性能而受到广泛的关注。特殊结构的一维纳米氧化硅不仅是一种性能更好的填料和载体，而且还有特殊的蓝光光致发光性能，在纳米光电子材料等领域极具应用潜力。在光学膜、介质膜、传感器、超声探测器和无源光波导器件等领域有着重要的应用。
氧化硅纳米线是最为常见的一种一维氧化硅纳米材料，是一种极具应用潜力的新材料。因此很多研究人员一直在不断探索氧化硅纳米线的制备方法。目前已有的制备方法主要可以分为气-液-固(VLS)法以及模板法两大类。VLS法则是制备氧化硅纳米线最为常见的方法，其包括两个过程：一是气液系统中气态原子沉积于液态溶液中；二是在液固系统的液固界面处，固体在过饱和的液态溶体状态析出，这主要通过不同的蒸发源和原料来制备氧化硅纳米线。模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板,结合电化学法、沉淀法、溶胶-凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模板的孔壁上,形成所需的纳米结构体。可利用其空间限制作用和模板剂的调试作用对合成材料的大小、形貌、结构和排布等进行控制，具有良好的可控制性。
模板法和VLS法及其由VLS法衍生出来的各种制备氧化硅纳米线的方法,均是采用“自下而上”的原理,即通过原子级别的反应控制,得到介观领域的产物；但同时也存在很多问题,诸如设备要求高、工艺复杂、反应条件苛刻、产出率低、成本较高等等。这些问题在很大程度上制约了氧化硅纳米线的应用和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、设备要求低且形貌可控的多孔SiO2纳米线阵列的制备方法。
本发明的多孔SiO2纳米线阵列的制备方法，主要基于金属辅助化学刻蚀，包括以下步骤：
1）将硅片用RCA清洗法清洗后，放入质量浓度97%的硫酸与质量浓度35%的双氧水以体积比3:1混合的混合液中浸泡10min，取出用去离子水冲洗后，再浸入氢氟酸与去离子水以体积比1:10混合的氢氟酸溶液中浸泡至少3min；
2）将氢氟酸和硝酸银混合获得HF浓度为4.65mol/L、AgNO3浓度0.02mol/L的刻蚀剂Ⅰ，将步骤1）处理的硅片于室温下浸入刻蚀剂Ⅰ中，反应不超过1min，取出后用去离子水冲洗；此时硅片表面沉积有Ag纳米颗粒的网状薄膜，呈现出金属光泽。
3）将氢氟酸和双氧水混合获得HF浓度为4.65mol/L、H2O2浓度为0.25--0.75mol/L的刻蚀剂Ⅱ，将步骤2）处理的硅片浸入刻蚀剂Ⅱ中反应30-60min，Si片上形成有序的多孔硅纳米线阵列，用去离子水冲洗后，再浸入硝酸和去离子水以体积比3:1混合的溶液中反应30min-1h以除去硅纳米线表面的银颗粒，取出后用去离子水清洗，干燥；
4）将步骤3）所得的样品放入管式炉中，以流量比1:1通入氧气和氩气，升温到300℃预氧化20-40min，再以小于10℃/min的升温速率升温至850-1000℃保温2-5h，获得多孔SiO2纳米线阵列。
上述技术方案中，所述的RCA清洗法是一种湿化学清洗法，具体是：将硅片放入氨水、双氧水和去离子水以体积比为1:1:5混合的溶液中，在80℃水浴条件下煮20min，去除Si片表面的有机物。
所述的硅片通常为(100）硅片或（111）硅片，其电阻率小于0.01Ω·cm。
本发明的制备方法采用刻蚀剂Ⅰ中的氧化还原反应使硅片表面沉积一层Ag纳米颗粒网状薄膜，相当于在硅衬底表面形成由银颗粒组成的空洞；再采用刻蚀剂Ⅱ刻蚀没有Ag纳米颗粒覆盖的空洞部位从而形成硅纳米线，通过控制反应时间可以调整硅纳米线的长度。最后对多孔硅纳米线进行氧化得到多孔氧化硅纳米线。本发明的制备方法相较于传统的方法而言，不需要苛刻的条件，制备工艺简单，成本较低，易于推广和应用，且制得的多孔SiO2纳米线在波长430nm左右有较强的发光峰，是一种较好的蓝色发光材料，可为蓝光材料的研究开辟新道路。
附图说明
图1为实施例1中制得的多孔硅纳米线的扫描电镜（SEM）图。
图2为实施例2中制得的多孔硅纳米线的扫描电镜（SEM）图。
图3为实施例2中制得的多孔氧化硅纳米线透射电镜（TEM）图。
图4为实施例2中制得的多孔氧化硅纳米线的荧光光谱图。
图5为实施例2中制得的多孔氧化硅纳米线的选区电子衍射（SAED）图。
具体实施方式
实例1
1）将电阻率小于0.01Ω·cm的n型（100）重掺硅片放入体积比1:1:5的氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中，在80℃水浴锅中煮20min，然后再放入去离子水中超声震荡20min，然后放入质量浓度97%的硫酸与质量浓度35%的双氧水以体积比3:1混合的混合液中浸泡10min，取出用去离子水冲洗后，再浸入氢氟酸与去离子水以体积比1:10混合的氢氟酸溶液中浸泡3min；
2）将步骤1）清洗好的硅片抛光面向上迅速放入氢氟酸和硝酸银混合的刻蚀剂Ⅰ中反应1min，其中，HF和AgNO3的浓度分别为4.65mol/L和0.02mol/L。
3）将样品迅速取出，用去离子水冲洗2遍，然后迅速放入氢氟酸浓度为4.65mol/L、双氧水浓度为0.75mol/L的氢氟酸和双氧水混合的刻蚀剂Ⅱ中反应30min。将所得的样品用去离子水冲洗，再浸入硝酸和去离子水以体积比3:1混合的溶液中浸泡30min，然后在去离子水中进一步浸泡1h后，取出放入通风橱自然风干。获得的硅纳米线的扫描电镜图如图1所示。
4）将步骤3）所得的样品放在管式炉中进行热氧化，以流量比1:1持续通入氧气和氩气，首先升温到300℃预氧化20min，然后再升温到850℃氧化5h进行充分氧化，升温速率保持在10℃/min。获得多孔SiO2纳米线阵列。
实例2
1）将电阻率小于0.01Ω·cm的p型（111）重掺硅片放入体积比1：1：5的氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中，在80℃水浴锅中煮20min，然后再放入去离子水中超声震荡20min，然后放入质量浓度97%的硫酸与质量浓度35%的双氧水以体积比3:1混合的混合液中浸泡10min，取出用去离子水冲洗后，再浸入氢氟酸与去离子水以体积比1:10混合的氢氟酸溶液中浸泡4min；
2）将步骤1）清洗好的硅片抛光面向上迅速放入氢氟酸和硝酸银混合的刻蚀剂Ⅰ中反应30s，其中，HF和AgNO3的浓度分别为4.65mol/L和0.02mol/L。
3）将样品迅速取出，用去离子水冲洗2遍，然后迅速放入氢氟酸浓度为4.65mol/L双氧水浓度为0.25mol/L的氢氟酸和双氧水混合的刻蚀剂Ⅱ中反应60min。将所得的样品用去离子水冲洗，再浸入硝酸和去离子水以体积比3:1混合的溶液中浸泡1h，然后在去离子水中进一步浸泡1h后，取出放入通风橱自然风干。得到硅纳米线阵列，所得到的样品扫描电镜图如图2所示。
4）将步骤3）所得的样品放在管式炉中进行热氧化，以流量比1:1持续通入氧气和氩气，首先升温到300℃预氧化40min，然后再升温到950℃氧化3h进行充分氧化，升温速率保持在8℃/min。获得多孔SiO2纳米线阵列。图3是氧化硅纳米线的透射电镜图，可以明显的看到表面的多孔现象，其发光性能如图4所示，可以看出在430nm处有明显的发光，图5是多孔氧化硅纳米线的衍射花样图，可以看到明显的晕环，表明硅纳米线已经完全氧化成氧化硅。
实例3
1）将电阻率小于0.01Ω·cm的p型（100）重掺硅片放入体积比1:1:5的氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中，在80℃水浴锅中煮20min，然后再放入去离子水中超声震荡20min，然后放入质量浓度97%的硫酸与质量浓度35%的双氧水以体积比3:1混合的混合液中浸泡10min，取出用去离子水冲洗后，再浸入氢氟酸与去离子水以体积比1:10混合的氢氟酸溶液中浸泡5min；
2）将步骤1）清洗好的硅片抛光面向上迅速放入氢氟酸和硝酸银混合的刻蚀剂Ⅰ中反应50s，其中，HF和AgNO3的浓度分别为4.65mol/L和0.02mol/L。
3）将样品迅速取出，用去离子水冲洗2遍，然后迅速放入氢氟酸的浓度为4.65mol/L双氧水的浓度为0.5mol/L的氢氟酸和双氧水混合的刻蚀剂Ⅱ中反应30min。将所得的样品用去离子水冲洗，再浸入硝酸和去离子水以体积比3:1混合的溶液中浸泡1h，然后在去离子水中进一步浸泡1h后，取出放入通风橱自然风干。
4）将步骤3）所得的样品放在管式炉中进行热氧化，以流量比1:1持续通入氧气和氩气，首先升温到300℃预氧化30min，然后再升温到1000℃氧化2h进行充分氧化，升温速率保持在7℃/min。获得多孔SiO2纳米线阵列。

Claims (2)

1.一种多孔SiO2纳米线阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将硅片用RCA清洗法清洗后，放入质量浓度97%的硫酸与质量浓度35%的双氧水以体积比3:1混合的混合液中浸泡10min，取出用去离子水冲洗后，再浸入氢氟酸与去离子水以体积比1:10混合的氢氟酸溶液中浸泡至少3min；
2）将氢氟酸和硝酸银混合获得HF浓度为4.65mol/L、AgNO3浓度0.02mol/L的刻蚀剂Ⅰ，将步骤1）处理的硅片于室温下浸入刻蚀剂Ⅰ中不超过1min，取出后用去离子水冲洗；
3）将氢氟酸和双氧水混合获得HF浓度为4.65mol/L、H2O2浓度为0.25--0.75mol/L的刻蚀剂Ⅱ，将步骤2）处理的硅片浸入刻蚀剂Ⅱ中反应30-60min，用去离子水冲洗后，再浸入硝酸和去离子水以体积比3:1混合的溶液中反应30min-1h，取出后用去离子水清洗，干燥；
4）将步骤3）所得的样品放入管式炉中，以流量比1:1持续通入氧气和氩气，升温到300℃预氧化20-40min，再以小于10℃/min的升温速率升温至850-1000℃保温2-5h，获得多孔SiO2纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的多孔SiO2纳米线阵列的制备方法，其特征在于所述的硅片为(100）硅片或（111）硅片，其电阻率小于0.01Ω·cm。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107099294A (zh) * 2017-04-11 2017-08-29 枣庄学院 一种用于制备硅纳米线结构的腐蚀液及其应用方法
CN110872096A (zh) * 2018-08-29 2020-03-10 天津大学 一种抗湿度干扰功能化硅纳米线气敏传感器及其制备方法
CN111484052B (zh) * 2020-04-21 2023-07-07 哈尔滨霈泽材料科技有限公司 一种针刺状氧化铝载体的制备方法
CN111413395A (zh) * 2020-04-21 2020-07-14 四川大学 多孔硅纳米线联合maldi-tof ms在代谢小分子检测中的应用
CN112028077B (zh) * 2020-09-15 2022-04-05 北京师范大学 一种在硅纳米线及其阵列中形成裂纹的方法
CN112481645B (zh) * 2020-10-22 2021-09-21 杭州师范大学 一种用于氮气光电化学还原的硅基催化剂制备方法
CN113800939B (zh) * 2021-08-30 2023-02-28 华中科技大学 一种纳米纤维SiO2多孔陶瓷材料及其制备方法
CN114639807A (zh) * 2022-03-04 2022-06-17 东华大学 一种多孔硅纳米颗粒/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3571287B2 (ja) * 2000-11-09 2004-09-29 独立行政法人 科学技術振興機構 酸化珪素のナノワイヤの製造方法
CN101134679A (zh) * 2007-08-17 2008-03-05 北京有色金属研究总院 一种氢化锆表面防氢渗透层的制备方法
WO2010051598A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-14 The Australian National University A process for producing silica nanowires
CN101614668B (zh) * 2009-07-22 2011-01-12 中国科学院理化技术研究所 基于表面增强拉曼散射效应的硅纳米线传感器及其应用
CN102701138A (zh) * 2012-04-27 2012-10-03 苏州大学 一种金属辅助硅纳米线阵列大面积分层刻蚀和转移方法
CN103011181B (zh) * 2012-12-14 2014-08-13 中国科学院合肥物质科学研究院 二氧化硅纳米线阵列的剥离-移植方法
CN103337455A (zh) * 2013-06-13 2013-10-02 浙江大学 一种Si纳米线阵列的制备方法
CN105319242A (zh) * 2014-11-05 2016-02-10 天津大学 氧化钨—氧化钒异质结纳米线阵列作为气敏材料的应用

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