CN106744673B - 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法 - Google Patents

一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106744673B
CN106744673B CN201611202131.3A CN201611202131A CN106744673B CN 106744673 B CN106744673 B CN 106744673B CN 201611202131 A CN201611202131 A CN 201611202131A CN 106744673 B CN106744673 B CN 106744673B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
amorphous silicon
preparation
silicon nanowire
cross growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611202131.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106744673A (zh
Inventor
李红姬
沈浩德
李华通
李明吉
李翠平
杨保和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Technology
Original Assignee
Tianjin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Technology filed Critical Tianjin University of Technology
Priority to CN201611202131.3A priority Critical patent/CN106744673B/zh
Publication of CN106744673A publication Critical patent/CN106744673A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106744673B publication Critical patent/CN106744673B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法，包括如下步骤；1)把衬底用氢氧化钠溶液在刻蚀，然后依次用超纯水、乙醇、丙酮、超纯水分别超声清洗；2)以衬底作为基底，采用射频磁控溅射法在硅衬底上沉积镍膜，作为硅纳米线生长所需要的催化剂；3)将上述沉积有镍膜的硅片放入带凹槽的样品靶台上，采用直流喷射CVD法制备横向生长非晶硅纳米线；所制备的横向生长非晶硅纳米线的应用，用于超级电容器电极。本发明的优点是：该制备方法工艺简单、过程清洁并且生产成本低，适宜于规模化生产；能够得到不同厚度、不同纳米结构、不同取向分布的硅纳米线，无论是应用于新能源方向还是纳米电子器件方向都具有广阔的应用前景。

Description

一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料的制备技术领域，尤其涉及一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法。
背景技术
硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表，除具有半导体所具有的特殊性质，还显示出不同于体硅材料的场发射、热导率及可见光致发光等物理性质，在纳米电子器件、光电子器件以及新能源方面具有巨大的潜在应用价值。更重要的是，由于硅纳米线与现有硅技术具有极好的兼容性进而具有极大的市场应用潜力；因此，硅纳米线极有可能成为一维纳米材料领域的一种极有应用潜力的新材料。
最初采用照相平版刻蚀技术及扫描隧道显微方法得到了硅纳米线，但是产量很小，直到1998年采用激光烧蚀法硅纳米线首次实现了大量制备后，硅纳米线的研究才取得了较大的进展。国内外的研究者已通过不同的方法制备了硅纳米线，并对硅纳米线的结构、生长机理及其性能进行了一系列的研究，以期在应用方面取得突破性的进展。目前硅纳米线的制备方法主要包括激光烧蚀法、化学气相沉积法、热气相沉积法及溶液法，以及近年来备受关注的电化学法和硅衬底直接生长法，而生长机理包括基于气-液-固机理的生长机理、氧化物辅助生长机理以及固-液-固生长机理。但是，目前所采用的制备方式普遍存在原料成本高、制备工艺复杂、设备要求高、过程条件苛刻，污染严重以及批量生产困难等问题，或是性能不能满足商业需求，无法产业化生产。因此，急需一种过程简单清洁能够大量合成硅纳米线的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种横向生长非晶硅纳米材料的制备方法，该制备方法工艺简单、过程清洁并且生产成本低，适宜于规模化生产；能够得到不同厚度、不同纳米结构、不同取向分布的硅纳米线，无论是应用于新能源方向还是纳米电子器件方向都具有广阔的应用前景。
本发明的技术方案：
一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法，包括如下步骤；
1)把衬底用浓度为0.1-0.3mol/L的氢氧化钠溶液在100-300℃刻蚀，然后将衬底依次用超纯水、乙醇、丙酮、超纯水分别超声清洗15min；
2)将上述经过刻蚀的衬底作为基底，采用射频磁控溅射法在硅衬底上沉积镍膜，作为硅纳米线生长所需要的催化剂；
3)将上述沉积有镍膜的衬底放入带凹槽的样品靶台上，采用直流喷射CVD法制备横向生长非晶硅纳米线。
所述步骤1)中衬底为硅片、钽片、钼片或钛片。
所述步骤2)中溅射过程工艺参数为；采用纯度为99.99％的镍靶材，真空度不大于1×10-4pa，溅射功率为100-150w，Ar气流量为10sccm，溅射压强为0.5-1.5pa，靶基距为5-8cm，衬底不加热，沉积时间为30-60s。
所述步骤3)中直流喷射CVD法工艺参数为；氢气流量为1-2L/min，氩气流量为1-2L/min，腔压为3000-5000pa，泵压为9000-13000pa，弧电压为110-120V，弧电流为80-100A，温度范围为850-1000℃，反应时间为10-30min。
一种所制备的横向生长非晶硅纳米线的应用，用于超级电容器电极、纳米电子器件和超级电容器。
本发明的优点是：
该制备方法工艺简单、过程清洁并且生产成本低，适宜于规模化生产；能够得到不同厚度、不同纳米结构、不同取向分布的硅纳米线，无论是应用于新能源方向还是纳米电子器件方向都具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为在硅片上沉积镍颗粒的扫描电镜图。
图2为在硅片上制得的横向生长硅纳米线的能谱分析图。
图3为在硅片上制得的横向生长硅纳米线的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的叙述，但本发明不局限于以下实施例。
实施例：
一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法，包括如下步骤；
1)将粗糙度为0.2nm的抛光(100)硅片用浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液在300℃下刻蚀，然后依次用超纯水、乙醇、丙酮、超纯水分别超声清洗15min；
2)将上述清洗后的硅片作为衬底，采用射频磁控溅射法在硅衬底上沉积镍膜，，作为硅纳米线生长所需要的催化剂，溅射过程的工艺参数为：采用纯度为99.99％的金属镍靶材，本底真空度为1×10-4pa，溅射功率为150w，Ar气流量为10sccm，溅射压强为1.0pa，靶基距为6cm，衬底不加热，沉积时间为40s得到沉积有镍颗粒的Ni/Si基片，；
3)将上述沉积有镍颗粒的Ni/Si基片放入带凹槽的样品靶台上，采用直流喷射CVD法制备横向生长的硅纳米线，直流喷射CVD法工艺参数为；当真空度小于0.1pa的时候，向真空室中分别通入氢气和氩气，氢气流量2.0L/min，氩气流量为1.5L/min，同时观察腔室压强和泵室压强的示数，保持腔压为3000pa，泵压为13000pa。启动直流电弧，弧电压为120V，弧电流为80A，温度保持在900℃，生长时间控制在20min，制备横向生长非晶硅纳米线。
所制备的横向生长非晶硅纳米线用于超级电容器电极。
图1为在硅片上沉积镍颗粒的扫描电镜图，图中可以清晰的看到镍颗粒均匀的分布在硅片的表面。
图2和图3分别为在硅片上制得的横向生长硅纳米线的能谱分析图和扫描电镜图。由能谱分析图可知该材料只含有硅和镍两种元素，再由扫描电镜中形成的横向纳米结构可以得知，形成的最终产物为横向生长的硅纳米线。

Claims (5)

1.一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法，其特征在于包括如下步骤；
1)把衬底用浓度为0.1-0.3mol/L的氢氧化钠溶液在100-300℃刻蚀，然后将衬底依次用超纯水、乙醇、丙酮、超纯水分别超声清洗15min；
2)将上述经过刻蚀的衬底作为基底，采用射频磁控溅射法在衬底上沉积镍膜，作为硅纳米线生长所需要的催化剂；
3)将上述沉积有镍膜的衬底放入带凹槽的样品靶台上，采用直流喷射CVD法制备横向生长非晶硅纳米线。
2.根据权利要求1所述横向生长非晶硅纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中衬底为硅片、钽片、钼片或钛片。
3.根据权利要求1所述横向生长非晶硅纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中溅射过程工艺参数为；采用纯度为99.99％的镍靶材，真空度不大于1×10-4 Pa ，溅射功率为100-150 W ，Ar气流量为10sccm，溅射压强为0.5-1.5Pa，靶基距为5-8cm，衬底不加热，沉积时间为30-60s。
4.根据权利要求1所述横向生长非晶硅纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中直流喷射CVD法工艺参数为；氢气流量为1-2L/min，氩气流量为1-2L/min，腔压为3000-5000Pa，泵压为9000-13000Pa，弧电压为110-120V，弧电流为80-100A，温度范围为850-1000℃，反应时间为10-30min。
5.一种权利要求1所制备的横向生长非晶硅纳米线的应用，其特征在于：用于纳米电子器件和超级电容器。
CN201611202131.3A 2016-12-23 2016-12-23 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法 Active CN106744673B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611202131.3A CN106744673B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611202131.3A CN106744673B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106744673A CN106744673A (zh) 2017-05-31
CN106744673B true CN106744673B (zh) 2019-01-15

Family

ID=58897460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611202131.3A Active CN106744673B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106744673B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110551983A (zh) * 2019-08-07 2019-12-10 宜兴市科兴合金材料有限公司 钼圆pvd磁控溅射镀膜方法
CN114481308B (zh) * 2021-12-29 2023-12-26 长春理工大学 一种用mbe横向生长纳米线的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101894745A (zh) * 2010-06-17 2010-11-24 复旦大学 一种基于半导体纳米线形成的逻辑门及其制备方法
CN103081107A (zh) * 2010-03-09 2013-05-01 得克萨斯州大学系统董事会 多孔和非多孔纳米结构
CN103489941A (zh) * 2013-09-25 2014-01-01 中国科学院半导体研究所 一种硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101174422B1 (ko) * 2009-12-31 2012-08-16 서울대학교산학협력단 실리카 나노 와이어의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103081107A (zh) * 2010-03-09 2013-05-01 得克萨斯州大学系统董事会 多孔和非多孔纳米结构
CN101894745A (zh) * 2010-06-17 2010-11-24 复旦大学 一种基于半导体纳米线形成的逻辑门及其制备方法
CN103489941A (zh) * 2013-09-25 2014-01-01 中国科学院半导体研究所 一种硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Operating principles of in-plane silicon nanowires at simple step-edges;Mingkun Xu等;《Nanoscale》;20150108;第7卷;第5197-5202页
Preparation and testing of silicon nanowires;Martin Muller等;《Canadian Journal of Physics》;20140121;第92卷;第819-821页
Role of a-Si:H in lateral growth of crystalline silicon nanowires using Pb and In catalysts;Jan Kocka等;《Phys. Status Solidi A》;20160302;第213卷(第7期);第1821-1825页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106744673A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. 3D flower-like defected MoS2 magnetron-sputtered on candle soot for enhanced hydrogen evolution reaction
Yang et al. Hierarchically nanostructured rutile arrays: acid vapor oxidation growth and tunable morphologies
CN108117065B (zh) 一种采用交替电流剥离制备石墨烯的方法
CN106756870B (zh) 一种等离子体增强化学气相沉积生长石墨烯的方法
CN103359719B (zh) 石墨烯纳米窄带的制备方法
CN101508421B (zh) 用于场电子发射器的碳纳米纤维/碳纳米管异质纳米阵列及其制备技术
CN105217617A (zh) 一种三维纳米多孔石墨烯的制备方法
CN103215548B (zh) 一种金属纳米颗粒掺杂石墨烯的制备方法
CN106744673B (zh) 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法
CN105668555A (zh) 一种制备三维石墨烯的方法
CN101355001A (zh) 金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极及其制作方法
CN105405927A (zh) 一种基于纳米球刻蚀技术联合离子束溅射技术制备有序硅纳米团簇的方法
CN101494144A (zh) 一种带栅极的纳米线冷阴极电子源阵列的结构及其制作方法和在平板显示的应用
CN104091743B (zh) 一种自对准栅极结构纳米线冷阴极电子源阵列的制作方法及其结构
CN104805409B (zh) 采用磁控溅射‑掩模辅助沉积制备Ag纳米线阵列电极的方法
CN105399423A (zh) 一种电弧放电法制备纳米孔石墨烯过滤膜的方法
CN102998344B (zh) 一种可用于传感器的新型纳米片薄膜及其制备方法
He et al. Highly enhanced field emission properties of a carbon nanotube cathode on a titanium alloy substrate modified by alkali
CN108910868B (zh) 一种在绝缘衬底上制备石墨烯枝晶的方法
Li et al. Aligned rutile TiO2 nanorods: facile synthesis and field emission
CN106830072B (zh) 一种二氧化钛纳米线阵列的制备方法
Zhang et al. The way towards for ultraflat and superclean graphene
CN110176582B (zh) 一种树枝状石墨烯/碳纳米管复合结构的制备方法
CN107267927A (zh) 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法
CN103086406A (zh) 一种氧化镁纳米带-碳纳米管复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant