單晶硅納米線陣列的可控性制備及圖形化研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的發(fā)展，單晶硅納米線（silicon nanowires,SiNWs）作為一維納米材料，其優(yōu)異的光電性能，使其在硅基納米光電子器件及傳感器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。在納米尺度下，不同的微觀結(jié)構(gòu)、不同的微觀尺寸以及不同的微觀形貌使其性能具有很大的差異性。因此，大區(qū)域可控的硅納米線陣列的制備，以及基于光刻技術(shù)的硅基圖形化研究，在納米/微米尺度的光電子器件性能改進(jìn)上具有重大的意義。
　　在本實驗中，首先我們通過結(jié)合納米球掩模

2、板法（nanosphere lithography,NSL）和金屬輔助化學(xué)刻蝕法（metal-assisted chemical etching,MACE）獲得了長度、間距和直徑均可控的大區(qū)域單晶硅納米線陣列。在納米球掩模板制備中通過利用掠角沉積（陰影效應(yīng)）的原理，以一定傾斜角（60°）濺射的方法獲得了小孔徑大間距的Au網(wǎng)孔，從而避免了PS球在NSL過程中球形度發(fā)生嚴(yán)重畸變，為隨后硅納米線的掩模板刻蝕作好充分的準(zhǔn)備。我們獲得的硅納米線長

3、度達(dá)到20μm而不團(tuán)聚，納米線間距從300nm到1000nm可調(diào)節(jié)，納米線直徑在亞微米級可控，區(qū)域達(dá)到厘米量級。
　　同時我們也研究了溶液濃度、腐蝕溫度和腐蝕時間等工藝條件對硅納米線陣列的影響。不同的溶液濃度不僅會使硅納米線陣列發(fā)生錐形化，而且還影響硅納米線形貌特征；當(dāng)腐蝕溫度過低時，刻蝕過程中氧化還原化學(xué)反應(yīng)的速率較慢，使得硅納米線的刻蝕很難發(fā)生，而刻蝕的溫度較高時，氧化還原反應(yīng)過于劇烈，反應(yīng)過程中生成大量的氣體，使得Au網(wǎng)孔薄

4、膜破壞，腐蝕結(jié)果較差。因此，我們可以通過控制合適的濃度、溫度和時間等參數(shù)來獲得即不團(tuán)聚也不錐形化的硅納米線陣列。隨后我們基于光刻蝕技術(shù)利用金屬輔助化學(xué)刻蝕法對微米級圖形化的模板進(jìn)行了刻蝕，并研究了不同工藝條件對其制備的影響。
　　最后我們利用SEM、EDS、TEM、XRD、熒光光譜和紫外可見對硅納米線的形貌、組分、微觀特征、生長晶向、PL特性和光吸收率等方面進(jìn)行了分析表征。特別是通過對硅納米線陣列的紫外可見光譜的分析，在200nm