一种多孔SiO2纳米线阵列的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔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。本发明专利技术的制备方法简单易行，成本较低，形貌可控，适于大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种多孔Si02
本专利技术涉及一种，尤其涉及一种多孔Si02m米线阵列的制备方法。
技术介绍
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。因此很多研宄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。
技术实现思路
本专利技术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S12。本专利技术的多孔Si02m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lOmin，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I)处理的硅片于室温下浸入刻蚀剂I中，反应不超过lmin，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、H202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-lh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°C预氧化20-40min，再以小于10°C /min的升温速率升温至850_1000°C保温2_5h，获得多孔S12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°C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0.01 Ω.Cm。本专利技术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娃纳米线，通过控制反应时间可以调整娃纳米线的长度。最后对多孔硅纳米线进行氧化得到多孔氧化硅纳米线。本专利技术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S12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，可为蓝光材料的研宄开辟新道路。【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I 1)将电阻率小于0.01Ω.cm的η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°C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lOmin，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I)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lmin，其中，HF和AgNO3的浓度分别为4.65mol/L和0.02mol/Lo3)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Ih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°C预氧化20min，然后再升温到850°C氧化5h进行充分氧化，升温速率保持在10°C/min。获得多孔S12纳米线阵列。实例2 O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°C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lOmin，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I)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/Lo3)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lh，然后在去离子水中进一步浸泡Ih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°C预氧化40min，然后再升温到950°C氧化3h进行充分氧化，升温速率保持在8°C/min。获得多孔S12纳米线阵列。图3是氧化硅纳米线的透射电镜图，可以明显的看本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何海平，蔚倩倩，叶志镇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33