Si纳米线阵列-4H-SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用技术

本发明专利技术属于光电技术领域，具体来说是Si纳米线阵列

【技术实现步骤摘要】
Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用


[0001]本专利技术属于光电
，具体涉及Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用。

技术介绍

[0002]随着当代科技的进步以及光通信技术的发展，光电技术的应用领域日渐广泛，其中紫外探测技术是伴随红外探测之后发展起来的新型探测技术，主要应用于生化检测、可燃性气体尾焰探测等领域，同时紫外通信也是一种极具发展潜力的信息传送手段。截止目前，已经商业化的紫外光探测器主要是基于半导体无机材料，其中类似热膨胀系数小、耐磨性能好的SiC和产量丰富、电导率高的Si等材料都具备很好的应用前景。
[0003]在低维纳米材料中，纳米线阵列作为研究最为成熟和最具有商业化应用价值的纳米结构，垂直于电极的半导体纳米线阵列具有高的光生电子传输效率、高度有序取向结构、大的比表面积，通过金属、非金属元素掺杂生长出高质量的纳米线阵列可广泛应用于器件制备等优越特性，使其成为新型半导体材料领域的研究热点，因此纳米线阵列是光电探测器件制备上最活跃的研究内容之一。
[0004]然而，目前所报道的紫外光电探测器几乎都基于氧化锌、氮化镓等单一的纳米阵列进行制备，利用不同材料及Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列制备的紫外光电探测器仍鲜有报道，如文献1(JournalofMaterialsChemistryC,2013,1(31):4779
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4786)报道了一种用于制备光电器件的SiC纳米阵列制备方法，但是其制备的SiC纳米阵列需要贵重的设备和复杂的催化剂辅助，使得制备的过程中存在以下缺点：(1)需在极高温度下发生裂解，理想的实验条件难以保证。(2)由于采用催化剂外延生长，导致难以做到工业化大量生产。现有专利技术专利1(专利名：一种碳化硅
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锗/石墨烯异质结光电探测器件极其制造方法，CN202011598568.X)报道了一种结构简单性能稳定的光电器件，但是制备过程中需要昂贵的化学气相沉积设备，且锗对于紫外光的敏感度不够理想。现有专利技术专利2(专利名：一种碳化硅/二硫化锡异质结光电晶体管及其制备方法和应用，CN202110251925.3)以碳化硅为基底制备了一种由两种不同材料组成异质结的光电器件，但是由该专利所给的图片可知这种方法制备的二硫化锡薄膜的厚度无法保证，碳化硅/二硫化锡异质结器件的光吸收能力有待优化。文献2(ScientificReports,6(),23457)报道了一种采用磁控溅射结合肖特基接触制备SiC基光电探测器，这种方法虽然能够保证器件可以在高速操作下正常工作，但其暗电流过高导致器件的灵敏度不佳。
[0005]由上述已报道的专利技术专利和文献可见，制备基于不同材料的光电探测器的过程中存在以下缺点：(1)理想的纳米线阵列需要借助催化剂在衬底上进行外延生长，传统使用的催化剂难以满足高质量阵列的生长；(2)器件光电性能不佳，不同材料的纳米线阵列形成的异质结结合效果较差，无法对紫外光保持理想的响应效果；(3)产物成本高，大部分报告都需要贵重设备如化学气相沉积系统以及繁杂的制备工艺。由此可见，制备Si
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纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列光电探测器仍然面临许多待解决的问题，急需一种工艺简单、成本低廉且性能稳定制备方法，以克服现有技术制备方法存在的技术缺陷。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的技术不足，本专利技术提供了Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用，本专利技术以商业化SiC单晶片为原材料，通过阳极氧化法制备4H
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SiC纳米线阵列；以单晶硅为衬底，通过金属离子辅助刻蚀生长Si纳米线阵列，最终在两种不同纳米线阵列之间通过应力及施加电压产生焦耳热形成pn结，得到一种基于Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的紫外光探测器。本专利技术提供了一种制备纳米线阵列质量高、产量大、无需贵重设备、安全易操作、具备高灵敏度的Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的光电探测器，本专利技术有望解决目前基于传统硅基光电探测器在光照射下光电转换效率不高，且可工作的光谱范围有限的瓶颈问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)样品预处理：将n型4H
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SiC单晶片和p型单晶硅片分别进行表面清洗处理，得到处理4H
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SiC单晶片和处理单晶硅片；
[0010](2)制备4H
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SiC纳米线阵列：于电解液中对处理4H
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SiC单晶片进行阳极氧化，以生长4H
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SiC纳米线阵列，随后通入20
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60s的反向直流电压，通入反向直流电压为机械剥离纳米阵列的预处理，再通过机械剥离，得到4H
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SiC纳米线阵列；
[0011](3)制备Si纳米线阵列：将处理单晶硅片表面沉积金属纳米颗粒，随后于密封环境下进行刻蚀生长，再进行表面金属离子去除操作，得到Si纳米线阵列；
[0012](4)Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备：将步骤(2)的4H
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SiC纳米线阵列转移到步骤(3)的Si纳米线阵列上，于温度为400
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500℃下，垂直方向上施加50
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100N应力，自然冷却至室温，得到Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列。
[0013]优选的，所述步骤(1)中n型4H
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SiC单晶片的表面清洗处理方法为：将n型4H
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SiC单晶片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，随后置于氢氟酸和乙醇的混合溶液中浸泡，再经真空干燥后、氮气保护，得到处理4H
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SiC单晶片。
[0014]优选的，所述步骤(1)中p型单晶硅片的表面清洗处理方法为：将p型单晶硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，随后置于浓硫酸和H2O2的混合溶液中浸泡，再置于HF溶液中浸泡以去除表面氧化物，得到处理单晶硅片。
[0015]优选的，所述步骤(2)的电解液由氢氟酸溶液、乙醇溶液和过氧化氢组成，氢氟酸溶液的体积分数为40％，乙醇溶液的体积分数为99％，过氧化氢的体积分数为30％，三者的体积比为2
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7：6：1。
[0016]优选的，所述步骤(2)阳极氧化的方法为：将脉冲电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)样品预处理：将n型4H
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SiC单晶片和p型单晶硅片分别进行表面清洗处理，得到处理4H
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SiC单晶片和处理单晶硅片；(2)制备4H
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SiC纳米线阵列：于电解液中对处理4H
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SiC单晶片进行阳极氧化，以生长4H
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SiC纳米线阵列，随后通入20
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60s的反向直流电压，再通过机械剥离，得到4H
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SiC纳米线阵列；(3)制备Si纳米线阵列：将处理单晶硅片表面沉积金属纳米颗粒，随后于密封环境下进行刻蚀生长，再进行表面金属离子去除操作，得到Si纳米线阵列；(4)Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备：将步骤(2)的4H
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SiC纳米线阵列转移到步骤(3)的Si纳米线阵列上，于温度为400
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500℃下，垂直方向上施加50
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100N应力，自然冷却至室温，得到Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中n型4H
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SiC单晶片的表面清洗处理方法为：将n型4H
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SiC单晶片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，随后置于氢氟酸和乙醇的混合溶液中浸泡，再经真空干燥后、氮气保护，得到处理4H
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SiC单晶片。3.根据权利要求1所述的Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中p型单晶硅片的表面清洗处理方法为：将p型单晶硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，随后置于浓硫酸和H2O2的混合溶液中浸泡，再置于HF溶液中浸泡以去除表面氧化物，得到处理单晶硅片。4.根据权利要求1所述的Si纳米线阵列
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4H
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SiC纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的电解液由氢氟酸溶液、乙醇溶液和过氧化氢组成，氢氟酸溶液的体积分数为40％，乙醇溶液的体积分数为99％，过氧化氢的体积分数为30％，三者的体积比为2
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7：6：1。5.根据权利要求1所述的Si纳米线阵列
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4H
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁利苹，曾佳豪，尉国栋，苏莹，娄瑞，唐妍，郭一锦，郭紫傲，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：