低摻雜硅納米線的制備及性能研究.pdf

1、多孔硅由于新奇的發(fā)光性能及其在光電器件方面的應(yīng)用，引起了納米科技界的極大興趣，其主要是通過(guò)化學(xué)刻蝕的制備方法獲得。隨著半導(dǎo)體納米科技的發(fā)展，單晶多孔硅納米線已經(jīng)通過(guò)化學(xué)刻蝕制備出來(lái)，并且具有優(yōu)良的光電性能，可用于光催化基底及活性納米光電器械。但是，研究表明單晶硅片的摻雜濃度決定了硅納米線的表面粗糙度及其孔結(jié)構(gòu)，只有高摻雜的硅片(N型硅片電阻:0.008-0.02Ω·cm;P型硅片電阻率:＜0.005Ω·cm)經(jīng)過(guò)化學(xué)刻蝕后才能獲得多孔結(jié)

2、構(gòu)。目前，以低摻雜單晶硅片為原材料通過(guò)化學(xué)刻蝕方法獲得多孔硅納米線仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。本文采用化學(xué)刻蝕方法制備了低摻雜多孔硅納米線、硅納米線和多孔硅，并對(duì)樣品進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)表征，測(cè)試納米材料相應(yīng)的電學(xué)性能、光學(xué)性能和超疏水性能，探討了低摻雜多孔硅納米線可能的生長(zhǎng)機(jī)理和分析其電學(xué)性能的提高。本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)采用化學(xué)刻蝕方法，以低摻雜單晶硅片N-(100)作為硅源，通過(guò)調(diào)節(jié)刻蝕液組成、刻蝕溫度及刻蝕時(shí)間，可使硅片

3、表面獲得不同微觀結(jié)構(gòu)的多孔硅納米線，硅納米線的表面有很多納米孔。利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和選區(qū)電子衍射(SAED)等測(cè)試手段進(jìn)行相應(yīng)的分析和表征，表明得到的低摻雜多孔硅納米線是單晶結(jié)構(gòu)，且表面沒有被氧化，并進(jìn)一步對(duì)產(chǎn)物的形成機(jī)理進(jìn)行了闡述。同時(shí)，考察了H2O2對(duì)硅納米線表面成孔的均勻性和密度的影響，當(dāng)H2O2濃度愈大，硅納米線的表面愈粗糙，局部區(qū)域有可能被橫向貫穿。
　　 (2)考

4、察了低摻雜多孔硅納米線的電學(xué)性能，利用TEM-STM測(cè)量樣品臺(tái)，在透射電子顯微鏡內(nèi)，通過(guò)移動(dòng)，將低摻雜多孔硅納米線連接到金懸臂和鉑懸臂的兩端，構(gòu)成肖特基勢(shì)連接，在硅線的兩端施加-10V到10V的電壓，獲得相應(yīng)的Ⅰ-Ⅴ數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了低摻雜多孔硅納米線和無(wú)孔硅納米線的電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:無(wú)孔硅納米線的電流變化范圍僅從-1.5nA到1.5nA;多孔硅納米線的電流變化值從-4.5nA到4.5nA。在相同的加壓條件下，多孔硅納米線的電流變化

5、范圍大約是無(wú)孔硅納米線的3倍，多孔硅納米線的電學(xué)性能得到改善，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，拓展了硅在納米光電器件方面的應(yīng)用。
　　 (3)采用化學(xué)刻蝕方法，以低摻雜單晶硅片P-(100)作為硅源，通過(guò)調(diào)節(jié)刻蝕液的組成及刻蝕溫度，在硅片的表面獲得不同形貌的硅納米材料:多孔硅和硅納米線陣列。在室溫的條件下可獲得多孔硅;在加熱的條件下，能夠獲得大面積垂直于硅襯底的硅納米線陣列，采用SEM分析納米銀的形貌以及硅納米線陣列的微觀結(jié)構(gòu)，考察了硝酸銀的濃度

6、和刻蝕時(shí)間對(duì)硅納米線形貌的影響。該法獲得的硅納米線反應(yīng)活性高，可以作為制備硅納米顆粒的硅源，在HF和HNO3的刻蝕酸液中，可獲得硅納米顆粒。
　　 (4)考察了一維硅納米線的光致發(fā)光性質(zhì)，在470nm的光激發(fā)條件下，分散在乙醇溶液中的硅納米線在548nm處發(fā)出很強(qiáng)的綠光，量子限制效應(yīng)引起了光致發(fā)光;具有一定粗糙度的納米線陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，240℃條件下，在硅片的表面沉積一層二甲基硅油(PDMS)，化學(xué)改性后的硅納米線