硅纳米线及其制备方法、硅纳米线的图形化制备方法技术

本发明专利技术提供一种硅纳米线的制备方法，包括以下步骤：(1)提供单晶硅片，将单晶硅片浸泡于HF溶液中进行氢钝化处理；(2)将经过步骤(1)处理后的单晶硅片浸泡于银沉积液中，使得单晶硅片的表面镀上银纳米颗粒层，所述银沉积液包括0.005～0.02mol/L的AgNO3和1.2～9.6mol/L的HF，银沉积时间为15～120S；(3)将经过步骤(2)处理后的单晶硅片浸泡于蚀刻液中进行蚀刻处理，得到硅纳米线。其中，所述蚀刻液包括0.2～0.4mol/L的H2O2和2.4～9.6mol/L的HF或者0.07～0.42mol/L的Fe(NO3)3和2.4～9.6mol/L的HF，蚀刻时间为15～120min。该制备方法在常温常压下即可实现硅纳米线的制备，操作过程简单，并在此基础上对硅片表面进行图形化处理，实现了硅纳米线在指定位置生长。

【技术实现步骤摘要】
硅纳米线及其制备方法、硅纳米线的图形化制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种硅纳米线及其制备方法、硅纳米线的图形化制备方法。
技术介绍
纳米材料受到极大的关注，主要是由于其特殊的物理性质。因为当材料的尺寸减小至纳米级别的时候，小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、库仑阻塞效应、表面效应等块体材料并不具备的特殊物理性质便会表现出来。作为地球上元素含量排行第二的硅，是极其重要的半导体材料，在当下的信息时代已被广泛的应用于各种通讯器材及微电子元件之中。然而硅的禁带宽度仅有1.12eV，非常的窄小，这使得其在器件应用过程当中受到了限制。如果将半导体材料硅尺寸纳米化，使其具有纳米材料特有的优异物理性能，这无疑将使得其产生更高的应用价值。现有的有关硅纳米线的制备方法往往需要在高温高压的条件下实现，所用的设备要求高，制备成本居高不下，这些都为硅纳米线产业化应用带来了不利。并且硅纳米线在器件中实际应用时，有时仅需要在硅片的某些特殊的部位生长纳米线结构。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种在常温常压下操作的简单的硅纳米线的制备方法，以及硅纳米线的图形化制备方法。本专利技术提供一种硅纳米线的制备方法，其包括以下步骤：(1)提供单晶硅片，将单晶硅片浸泡于HF溶液中进行氢钝化处理；(2)将经过步骤(1)处理后的单晶硅片浸泡于银沉积液中，使得单晶硅片的表面镀上银纳米颗粒层，所述银沉积液包括0.005～0.0.02mol/L的AgNO3和1.2～9.6mol/L的HF，银沉积时间为15～120S；(3)将经过步骤(2)处理后的单晶硅片浸泡于蚀刻液中进行蚀刻处理，得到硅纳米线。其中，所述蚀刻液包括0.2～0.4mol/L的H2O2和2.4～9.6mol/L的HF或者0.07～0.42mol/L的Fe(NO3)3和2.4～9.6mol/L的HF，蚀刻时间为15～120min；优选地，所述银沉积液中AgNO3的浓度为0.01mol/L。优选地，征在于，所述银沉积液中HF的浓度为4.8～9.6mol/L。优选地，所述蚀刻液中H2O2的浓度为0.4mol/L。优选地，所述蚀刻液中HF的浓度为4.8～9.6mol/L。优选地，在步骤(3)后还包括以下步骤(4)：将经过步骤(3)处理后的单晶硅片浸泡于稀硝酸中，以去除所述硅纳米线中的银纳米颗粒。优选地，在步骤(4)之后还包括以下步骤：对经过步骤(4)处理后的单晶硅片进行清洗、干燥。本专利技术还提供一种由所述的硅纳米线的制备方法制得的硅纳米线。本专利技术还提供一种硅纳米线的图形化制备方法，其包括如下步骤：(a)提供单晶硅片，将单晶硅片在900～1200℃下加热，使单晶硅片的表面氧化生成二氧化硅层，在二氧化硅层上再镀上氮化硅层；(b)提供光掩膜版，利用光刻技术将光掩膜版的图形转移至经过经过步骤(a)处理后的单晶硅片的表面；(c)对经过步骤(b)处理后的单晶硅片上的需要生长硅纳米线的图形部分依次去除氮化硅和二氧化硅；(d)采用所述硅纳米线的制备方法使单晶硅片上去除了氮化硅和二氧化硅后的图形部分生长硅纳米线。优选地，所述步骤(c)包括：采用干法刻蚀去除氮化硅后，再采用湿法刻蚀去除二氧化硅。与现有技术相比，本专利技术提供一种硅纳米线的制备方法，将经过氢钝化处理后的硅片在HF与AgNO3的混合溶液中沉积银颗粒，再将硅片浸入氧化性溶液中蚀刻，并使用稀硝酸去除银颗粒后获取硅纳米线。该制备方法在常温常压下即可实现硅纳米线的制备，操作过程简单，并在此基础上对硅片表面进行图形化处理，实现了硅纳米线在指定位置生长。附图说明图1为本专利技术提供的一种硅纳米线的制备方法的流程示意图。图2为本专利技术的一实施例提供的不同AgNO3浓度下制得的硅纳米线的表面形貌图。图3为本专利技术的一实施例提供的不同AgNO3浓度下制得的硅纳米线的断面形貌图。图4为本专利技术的一实施例提供的不同H2O2浓度下制得的硅纳米线的表面形貌图。图5为本专利技术的一实施例提供的不同H2O2浓度下制得的硅纳米线的断面形貌图。图6为本专利技术的一实施例提供的含不同HF浓度的银沉积液所制得的硅纳米线的表面形貌图。图7为本专利技术的一实施例提供的含不同HF浓度的银沉积液所制得的硅纳米线的断面形貌图。图8为本专利技术的一实施例提供的含不同HF浓度的蚀刻液所制得的硅纳米线的表面形貌图。图9为本专利技术的一实施例提供的含不同HF浓度的蚀刻液所制得的硅纳米线的断面形貌图。图10为本专利技术的一实施例提供的含不同Fe(NO3)3浓度的蚀刻液所制得的硅纳米线的断面形貌图。图11为本专利技术的一实施例提供的图形化生长硅纳米线的单晶硅片在不同放大倍数下的表面形貌图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书中所使用的技术手段的名称只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。请参阅图1，本专利技术提供一种硅纳米线的制备方法，包括以下步骤：S1.提供单晶硅片，将单晶硅片浸泡于HF溶液中进行氢钝化处理。优选地，HF溶液的浓度为4％～6％，浸泡时间为2～4min。将单晶硅片进行氢钝化处理后，单晶硅片表面会形成硅氢键，也就是氢终止层，氢终止层可以保证样品表面清洁，有利于纳米线形貌的制备。S2.将经过步骤S1处理后的单晶硅片浸泡于银沉积液中，使得单晶硅片的表面镀上银纳米颗粒层，所述银沉积液包括0.005～0.02mol/L的AgNO3和1.2～9.6mol/L的HF，银沉积时间为15～120S。优选地，所述银沉积液中AgNO3的浓度为0.01mol/L，HF的浓度为4.8～9.6mol/L。S3.将经过步骤S2处理后的单晶硅片浸泡蚀刻液中进行蚀刻处理，得到硅纳米线。所述蚀刻液包括0.2～0.4mol/L的H2O2和2.4～9.6mol/L的HF或者0.07～0.42mol/L的Fe(NO3)3和2.4～9.6mol/L的HF，蚀刻时间为15～120min。优选地，所述蚀刻液中H2O2的浓度为0.4mol/L，HF的浓度范围为4.8～9.6mol/L。优选地，在步骤S3后还包括以下步骤S4：将经过步骤S3处理后的单晶硅片浸泡于稀硝酸中，以去除所述硅纳米线中的银纳米颗粒。优选地，浸泡时间为115～125min，稀硝酸的浓度为0.01～0.03mol/L。优选地，在步骤S4之后还包括以下步骤：对经过步骤S4处理后的单晶硅片进行清洗、干燥。优选地，在步骤S1之前还包括如下步骤：将单晶硅片依次放入丙酮、酒精和蒸馏水中进行超声清洗，然后再将单晶硅片浸入过氧化氢和浓硫酸的混合溶液中进行深度清洗，最后再用蒸馏水反复清洗。本专利技术还提供一种硅纳米线的图形化制备方法，包括如下步骤：S101.提供单晶硅片，将单晶硅片在900～1200℃下加热，使单晶硅片的表面氧化生成二氧化硅层，在二氧化硅层上再镀上氮化硅层。S102.提供光掩膜版，利用光刻技术将光掩膜版本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供单晶硅片，将单晶硅片浸泡于HF溶液中进行氢钝化处理；(2)将经过步骤(1)处理后的单晶硅片浸泡于银沉积液中，使得单晶硅片的表面镀上银纳米颗粒层，所述银沉积液包括0.005～0.02mol/L的AgNO3和1.2～9.6mol/L的HF，银沉积时间为15～120S；(3)将经过步骤(2)处理后的单晶硅片浸泡于蚀刻液中进行蚀刻处理，得到硅纳米线，其中，所述蚀刻液包括0.2～0.4mol/L的H2O2和2.4～9.6mol/L的HF或者0.07～0.42mol/L的Fe(NO3)3和2.4～9.6mol/L的HF，蚀刻时间为15～120min。

【技术特征摘要】
1.一种硅纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供单晶硅片，将单晶硅片浸泡于HF溶液中进行氢钝化处理；(2)将经过步骤(1)处理后的单晶硅片浸泡于银沉积液中，使得单晶硅片的表面镀上银纳米颗粒层，所述银沉积液包括0.005～0.02mol/L的AgNO3和1.2～9.6mol/L的HF，银沉积时间为15～120S；(3)将经过步骤(2)处理后的单晶硅片浸泡于蚀刻液中进行蚀刻处理，得到硅纳米线，其中，所述蚀刻液包括0.2～0.4mol/L的H2O2和2.4～9.6mol/L的HF或者0.07～0.42mol/L的Fe(NO3)3和2.4～9.6mol/L的HF，蚀刻时间为15～120min。2.如权利要求1所述的硅纳米线的制备方法，其特征在于，所述银沉积液中AgNO3的浓度为0.01mol/L。3.如权利要求1所述的硅纳米线的制备方法，其特征在于，所述银沉积液中HF的浓度为4.8～9.6mol/L。4.如权利要求1所述的硅纳米线的制备方法，其特征在于，所述蚀刻液中H2O2的浓度为0.4mol/L。5.如权利要求1所述的硅纳米线的制备方法，其特征在于，所述蚀刻液中HF的浓度为4.8～9.6m...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀满林，田勇，张维丽，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44