專利名稱：一種方向可以改變的彎折硅納米線陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一維納米材料的制備與應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種方向可以根據(jù)需要改 變的彎折硅納米線陣列的制備方法。
背景技術(shù)：
硅在微電子領(lǐng)域一直是主導(dǎo)材料，一維硅基材料在微電子、生物以及光電領(lǐng)域地 位無可取代，在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中都具有非常重要的意義，一直是人們的研究熱點(diǎn)。 目前制備硅納米線的方法主要有化學(xué)氣相沉積法(CVD)[參見Won Il Park, Gengfeng Zheng，Xiaocheng Jiang，Bozhi Tian，andCharles Μ. Lieber. Controlled Synthesis of Millimeter-Long Silicon Nanowireswith Uniform Electronic Properties. Nano Lett. 2008，8，9，3004]，激光燒蝕法(laser ablation method)[參見Alffedo M. Morales，Charles M. Lieber. A LaserAblation Method for the Synthesis of Crystalline Semiconductor Nanowires. Science 1998 :279. 5348，208]，物理氣相沉積法 (physical vapor deposition)[參見D· P· Yu，Ζ· G· Bai，et al. Nanoscale silicon wires synthesized using simplephysical evaporation. Appl. Phys. Lett. 72, 3458 (1998)]等， 近來出現(xiàn)的化學(xué)刻蝕法能夠大面積制備單一方向的硅納米線陣列，其方法簡單，無需復(fù)雜 的設(shè)備，條件容易控制[參見單一軸向排布的單晶硅納米線陣列，公開號CN1693191A]。但是到目前為止，還沒有一種方法能夠?qū)崿F(xiàn)硅納米線的可控彎折，如果能夠控制 硅納米線的彎折，在納米器件方面將會有非常重要的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種催化輔助刻蝕法制備方向可以改變的彎折硅納米線陣 列的方法。本發(fā)明的方向可以改變的彎折硅納米線陣列的制備方法，是一種通過改變刻蝕液 的濃度、比例以及刻蝕工藝來改變硅片的刻蝕方法，從而得到方向改變的彎折硅納米線， 本發(fā)明通過改變刻蝕液的濃度條件，可分為兩種方案，其中方案一的制備方法包括以下步 驟(1)硅片清洗可依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗單晶硅片，最后用蒸餾水沖 洗干凈；(2)化學(xué)鍍銀將步驟⑴清洗干凈的單晶硅片浸入AgNO3和HF混合的鍍銀溶液 中，優(yōu)選浸入時(shí)間為1-3分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF的濃度為4-5M ；(3)硅片刻蝕在密閉容器中，將經(jīng)步驟(2)得到的鍍銀單晶硅片浸入溫度為 10-40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，在單晶硅片上刻蝕出硅納米線陣列，優(yōu)選刻蝕時(shí)間為5-60 分鐘；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中混合溶液中的HF濃度為4-5M，H2A濃度 為 0. 015-0. 06M, HF 與 H2O2 的摩爾比值為 80-330 ；(4)將步驟C3)刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在密閉容器中，再將步驟C3)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入溫度為10-40°C的另一濃度的刻蝕液中繼續(xù)刻蝕 (優(yōu)選繼續(xù)刻蝕時(shí)間為5-60分鐘)，使步驟(3)刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且 新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中混合 溶液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為0. 1-0. 22M，HF與H2O2的摩爾比值為20-50 ；或直接向步驟(3)的刻蝕液中添加HF和/或H2O2來改變刻蝕液各組分的濃度 和比例，在維持刻蝕液的溫度為10-40°C下，使刻蝕液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為 0. 1-0. 22M，HF與H2O2的摩爾比值為20-50 ；優(yōu)選繼續(xù)刻蝕5-60分鐘；使步驟(3)刻蝕出的 硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；將刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在單晶硅片上得到方向改變一次 的彎折硅納米線陣列。將上述步驟(4)刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈(方向改變一次的 硅納米線陣列)，在密閉容器中，再次將步驟(4)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟(3) 所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為10-40°C下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列， 新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次(方向改變兩次的硅納米線陣列)；然后再次將 刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟⑷所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為 10-40°C下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次(方向 改變?nèi)蔚墓杓{米線陣列)；反復(fù)循環(huán)重復(fù)步驟C3)和步驟的刻蝕工藝，直至在單晶硅 片上得到所需方向改變多次的硅納米線陣列，取出沖洗干凈，即在單晶硅片上可得到本發(fā) 明所述的方向可以改變的彎折硅納米線陣列。所述的再次將步驟(4)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟C3)所述濃度范圍和 摩爾比值的刻蝕液中，所述的刻蝕液是新配制的與步驟C3)所述的刻蝕液相同的刻蝕液； 或向步驟⑶已刻蝕過單晶硅片的刻蝕液中添加HF和/或H2O2，以使刻蝕過單晶硅片的刻 蝕液恢復(fù)到與步驟C3)所述的刻蝕液濃度相同。本發(fā)明也可先用上述步驟(4)所述濃度的刻蝕液對單晶硅片進(jìn)行刻蝕后，再用上 述步驟C3)所述濃度的刻蝕液對單晶硅片進(jìn)行刻蝕，其方案二的制備方法包括以下步驟(1)硅片清洗可依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗單晶硅片，最后用蒸餾水沖 洗干凈；(2)化學(xué)鍍銀將步驟⑴清洗干凈的單晶硅片浸入AgNO3和HF混合的鍍銀溶液 中，優(yōu)選浸入時(shí)間為1-3分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF的濃度為4-5M ；(3)硅片刻蝕在密閉容器中，將經(jīng)步驟(2)得到的鍍銀單晶硅片浸入溫度為 10-40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，在單晶硅片上刻蝕出硅納米線陣列，優(yōu)選刻蝕時(shí)間為5-60 分鐘；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中混合溶液中的HF濃度為4-5M，H2A濃度 為0. 1-0. 22M，HF與H2O2的摩爾比值為20-50 ；(4)將步驟C3)刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在密閉容器中，再將 步驟C3)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入溫度為10-40°C的另一濃度的刻蝕液中繼續(xù)刻蝕 (優(yōu)選繼續(xù)刻蝕時(shí)間為5-60分鐘)，使步驟(3)刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且 新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中混合 溶液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為0. 015-0. 06M, HF與H2R的摩爾比值為80-330 ；或直接向步驟(3)的刻蝕液中添加HF和/或H2O2來改變刻蝕液各組分的濃度和比例，在維持刻蝕液的溫度為10-40°C下，使刻蝕液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為 0. 015-0. 06M, HF與H2A的摩爾比值為80-330后繼續(xù)刻蝕，使步驟(3)刻蝕出的硅納米線 陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；將刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在單晶硅片上得到方向改變一次 的彎折硅納米線陣列。將上述方案二步驟(4)刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈(方向改變一 次的硅納米線陣列)，在密閉容器中，再次將步驟(4)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟 (3)所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為10-40°C下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣 列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次(方向改變兩次的硅納米線陣列)；然后再次 將刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟(4)所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度 為10-40°C下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次(方 向改變?nèi)蔚墓杓{米線陣列)；反復(fù)循環(huán)重復(fù)步驟(3)和步驟(4)的刻蝕工藝，直至在單晶 硅片上得到所需方向改變多次的硅納米線陣列，取出沖洗干凈，即在單晶硅片上可得到本 發(fā)明所述的方向可以改變的彎折硅納米線陣列。方案二所述的再次將步驟(4)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟( 所述濃度 范圍和摩爾比值的刻蝕液中，所述的刻蝕液是新配制的與步驟⑶所述的刻蝕液相同的刻 蝕液；或向步驟(3)已刻蝕過單晶硅片的刻蝕液中添加HF和/或H2O2，以使刻蝕過單晶硅 片的刻蝕液恢復(fù)到與步驟C3)所述的刻蝕液濃度相同。上述的單晶硅片為<111>晶向的硅片。本發(fā)明中的刻蝕液用密閉容器盛裝，防止氫氟酸揮發(fā)使?jié)舛雀淖?。步驟O)的目的是在單晶硅片表面沉積一層銀的納米顆粒作為刻蝕時(shí)的催化劑。 步驟(4)改變刻蝕條件的目的是改變硅納米線的刻蝕延長方向；如前所述，可以多次改變 刻蝕條件得到方向改變多次的硅納米線陣列(只要反復(fù)循環(huán)重復(fù)步驟(3)和G))；所述的 方向改變多次的硅納米線陣列，其硅納米線陣列是以“之”字形的方向刻蝕延長，在方案一 的步驟C3)所用的刻蝕液中，硅納米線沿著<111>晶向刻蝕延長，在步驟(4)所用的刻蝕液 中硅納米線沿著<100>晶向刻蝕延長；在方案二的步驟(3)所用的刻蝕液中，硅納米線沿著 <100>晶向刻蝕延長，在步驟(4)所用的刻蝕液中硅納米線沿著<111>晶向刻蝕延長。每 次刻蝕的溫度與時(shí)間決定硅納米線的長度，溫度越高刻蝕越快，時(shí)間不限于上述的5-60分 鐘。本發(fā)明首先在單晶硅片上化學(xué)鍍一層納米銀顆粒作為金屬催化劑，將鍍過銀的單 晶硅片先在密閉容器中的一定濃度的刻蝕液中刻蝕一定時(shí)間，然后將刻蝕過的單晶硅片取 出后放入在密閉容器中的另一濃度和比例不同的的刻蝕液中，繼續(xù)刻蝕一定時(shí)間，如此多 次循環(huán)重復(fù)，通過在刻蝕過程中改變刻蝕液兩種成分的濃度和比例，即可獲得方向改變多 次的彎折硅納米線陣列。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1的彎折的硅納米線先沿著<100>晶向生長ΙΟμπι，再沿<111> 晶向生長2 μ m。圖2.本發(fā)明實(shí)施例2的彎折的硅納米線先沿著<100>晶向生長3μπι，再沿<111>晶向生長4 μ m。圖3.本發(fā)明實(shí)施例3的彎折的硅納米線先沿著<111>晶向生長4μπι，再沿<100> 晶向生長5 μ m。圖4.本發(fā)明實(shí)施例6的彎折的硅納米線先沿著<100>晶向生長2μπι，再沿<111> 晶向生長2μπι，再沿著<100>晶向生長4 μ m。圖5.本發(fā)明實(shí)施例7的彎折的硅納米線先沿著<100>晶向生長Ιμπι，再沿<111> 晶向生長2 μ m,再沿著<100>晶向生長1 μ m，再沿<111>晶向生長2 μ m。圖6.本發(fā)明實(shí)施例2的硅納米線透射電子顯微鏡照片。圖7.本發(fā)明實(shí)施例2的硅納米線高分辨透射電子顯微鏡照片。圖8.本發(fā)明實(shí)施例2的硅納米線的選區(qū)電子衍射圖案。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中2分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF 的濃度為4M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液 為IOmL的HF為4. 8M，H2O2為0. IM的混合溶液，HF與H2A的摩爾比值為48，10分鐘后在 <111>晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；然后向該刻蝕液中加入IOmL的HF為4. 8M, H2O2 為0. 02M的混合溶液，使刻蝕液中HF為4. 8M，H2O2為0. 06M, HF與H2O2的摩爾比值為80，在 刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕30分鐘，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并 且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，即得到先 沿<100>晶向生長ΙΟμπι的硅納米線陣列，再沿<111>晶向生長2μπι的硅納米線陣列，方 向改變一次的彎折硅納米線陣列如圖1所示。實(shí)施例2將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中2分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF 的濃度為5M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中10°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液為 4mL的HF為4. OMjH2O2為0. 2M的混合溶液，HF與H2O2的摩爾比值為20，10分鐘后在<111> 晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；然后向該刻蝕液中加入4. OM的HF 20mL,使刻蝕液中 HF為4. OMjH2O2為0. 03M，HF與H2A的摩爾比值為130，在刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕 1小時(shí)，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改 變一次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，即得到先沿<100>晶向生長3 μ m的硅納米線 陣列，再沿<111>晶向生長4μπι的硅納米線陣列，方向改變一次的彎折硅納米線陣列如圖 2所示；硅納米線透射電子顯微鏡照片如圖6所示；硅納米線高分辨透射電子顯微鏡照片如 圖7所示；硅納米線的選區(qū)電子衍射圖案如圖8所示。實(shí)施例3將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中2分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF 的濃度為5M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液為20mL的HF為4. 8M，H2O2為0. 02M的混合溶液，HF與H2R的摩爾比值為M0，25分鐘后在 <111>晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；然后向該刻蝕液中加入0.4mL H2O2，使刻蝕液中 HF為4. 8M，H2O2為0. 22M，HF與H2A的摩爾比值為22，在刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕 10分鐘，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向 改變一次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，即得到先沿<111>晶向生長4μπι的硅納米 線陣列，再沿<100>晶向生長5 μ m的硅納米線陣列，方向改變一次的彎折硅納米線陣列如 圖3所示。實(shí)施例4將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中1分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF 的濃度為4. 5M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液 為20mL的HF為4. 8M，H2O2為0. 02M的混合溶液，HF與H2O2的摩爾比值為240，25分鐘后在 <111>晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；然后向該刻蝕液中加入20mL的HF為4. 8M, H2O2 為0. 38M的混合溶液，使刻蝕液中HF為4. 8M，H2O2為0. 2M，HF與H2O2的摩爾比值為24，在 刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕10分鐘，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并 且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，即得到先 沿<111>晶向生長4μπι的硅納米線陣列，再沿<100>晶向生長5μπι的方向改變一次的彎 折硅納米線陣列。實(shí)施例5將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中2分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF的 濃度為4. 5M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中35°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液為 20mL的HF為5M，H2O2為0. IM的混合溶液，HF與H2O2的摩爾比值為50，10分鐘后在<111> 晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；取出刻蝕過的<111>晶向硅片沖洗干凈后浸入另一密 閉容器中35°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中刻蝕液為30mL的HF為4. 8M，H2O2為0. 03M的混 合溶液，HF與H2A的摩爾比值為160，繼續(xù)刻蝕60分鐘，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù) 刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干 凈，即得到先沿<100>晶向生長6 μ m的硅納米線陣列，再沿<111>晶向生長4 μ m的方向改 變一次的彎折硅納米線陣列。實(shí)施例6將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中2分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF 的濃度為4M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液為 4mL的HF為5. 0M, H2O2為0. 2M的混合溶液，HF與H2O2的摩爾比值為25，5分鐘后在<111> 晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；然后向該刻蝕液中加入5. OM的HF 20mL,使刻蝕液中 HF為5. OMjH2O2為0. 03M，HF與H2A的摩爾比值為170，在刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕 30分鐘，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向 改變一次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，在<111>晶向的硅片上刻蝕出方向改變一次 的彎折硅納米線陣列；然后向該刻蝕液中加入0. 2mL H2O2，使HF濃度為5. 0M，H2O2為0. 12M，HF與H2O2的摩爾比值為42，刻蝕10分鐘，取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，即得到先沿 著<100>晶向生長2 μ m的硅納米線陣列，再沿<111>晶向生長2 μ m的硅納米線陣列，再沿 <100>晶向生長4μπι的硅納米線陣列，方向改變兩次的彎折硅納米線陣列如圖4所示。實(shí)施例7將依次用蒸餾水、乙醇和丙酮超聲清洗，最后用蒸餾水沖洗干凈的<111>晶向的 硅片浸入HF和AgNO3混合的鍍銀溶液中3分鐘，其中鍍銀溶液中的AgNO3濃度為5mM，HF 的濃度為4M ；取出并沖洗干凈，浸入密閉容器中40°C的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕；其中，刻蝕液為 IOmL的HF為4. 6M，H202為0. 2M的混合溶液，HF與H2O2的摩爾比值為23，5分鐘后在<111> 晶向的硅片上刻蝕出硅納米線陣列；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，浸入另一濃度的 密閉容器中進(jìn)行刻蝕；其中刻蝕液為20mL的HF為4. 6M，H2O2為0. 02M的混合溶液，HF與 H2O2的摩爾比值為230，在刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕25分鐘，使上述刻蝕出的硅納 米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；在上述刻蝕液中加 Λ 0. 4mL H2O2，使刻蝕液中HF為4. 6M，H2O2為0. 22M，HF與H2O2的摩爾比值為20，在刻蝕 液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕5分鐘，使上述刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新 刻蝕出的硅納米線陣列方向改變兩次；取出<111>晶向的硅片并沖洗干凈，浸入另一濃度 的密閉容器中進(jìn)行刻蝕；其中刻蝕液為20mL的HF為5M，H2O2為0. 015M的混合溶液，HF與 H2O2的摩爾比值為330，在刻蝕液的溫度為40°C下繼續(xù)刻蝕50分鐘，使上述刻蝕出的硅納 米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變?nèi)危吹玫较妊刂?lt;100> 晶向生長1 μ m的硅納米線陣列，再沿<111>晶向生長2 μ m的硅納米線陣列，再沿<100>晶 向生長1 μ m的硅納米線陣列，最后沿<111>晶向生長2 μ m的硅納米線陣列，方向改變?nèi)?的彎折硅納米線陣列如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種方向可以改變的彎折硅納米線陣列的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)將清洗干凈的單晶硅片浸入AgNO3和HF混合的鍍銀溶液中，其中鍍銀溶液中的 AgNO3濃度為5mM，HF的濃度為4-5M ；(2)在密閉容器中，將經(jīng)步驟⑴得到的鍍銀單晶硅片浸入溫度為10-40°C的刻蝕液中 進(jìn)行刻蝕，在單晶硅片上刻蝕出硅納米線陣列；所述的刻蝕液為HF和H2O2的混合溶液，其中 混合溶液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為0. 015-0. 06M, HF與H2R的摩爾比值為80-330 ；(3)將步驟( 刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在密閉容器中，再將步驟 (2)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入溫度為10-40°C的另一濃度的刻蝕液中繼續(xù)刻蝕，使 步驟(2)刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一 次；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中混合溶液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為 0. 1-0. 22M，HF與H2O2的摩爾比值為20-50 ；或直接向步驟( 的刻蝕液中添加HF和/或H2O2來改變刻蝕液各組分的濃度和比例，在 維持刻蝕液的溫度為10-40°C下，使刻蝕液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為0. 1-0. 22M，HF 與H2A的摩爾比值為20-50后繼續(xù)刻蝕，使步驟( 刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長， 并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；將刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在單晶硅片上得到方向改變一次的彎 折硅納米線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在密閉容器中，再次將步驟C3)刻蝕完成 后得到的單晶硅片浸入步驟(2)所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為10-40°C 下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次；然后再次將刻 蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟C3)所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為 10-40°C下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次；反復(fù)循 環(huán)重復(fù)步驟( 和步驟(3)的刻蝕工藝，直至在單晶硅片上得到所需方向改變多次的彎折 硅納米線陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的再次將步驟C3)刻蝕完成后得到的 單晶硅片浸入步驟( 所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，所述的刻蝕液是新配制的與 步驟⑵所述的刻蝕液相同的刻蝕液；或向步驟O)已刻蝕過單晶硅片的刻蝕液中添加HF 和/或H2O2，以使刻蝕過單晶硅片的刻蝕液恢復(fù)到與步驟(2)所述的刻蝕液濃度相同。
4.一種方向可以改變的彎折硅納米線陣列的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)將清洗干凈的單晶硅片浸入AgNO3和HF混合的鍍銀溶液中，其中鍍銀溶液中的 AgNO3濃度為5mM，HF的濃度為4-5M ；(2)在密閉容器中，將經(jīng)步驟⑴得到的鍍銀單晶硅片浸入溫度為10-40°C的刻蝕液中 進(jìn)行刻蝕，在單晶硅片上刻蝕出硅納米線陣列；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中 混合溶液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為0. 1-0. 22M，HF與H2R的摩爾比值為20-50 ；(3)將步驟( 刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在密閉容器中，再將步驟 (2)刻蝕完成后得到的單晶硅片浸入溫度為10-40°C的另一濃度的刻蝕液中繼續(xù)刻蝕，使 步驟(2)刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；所述的刻蝕液為HF和H2A的混合溶液，其中混合溶液中的HF濃度為4-5M，H2A濃度為 0. 015-0. 06M, HF 與 H2O2 的摩爾比值為 80-330 ；或直接向步驟( 的刻蝕液中添加HF和/或H2O2來改變刻蝕液各組分的濃度和比例，在 維持刻蝕液的溫度為10_40°C下，使刻蝕液中的HF濃度為4-5M，H2O2濃度為0. 015-0. 06M, HF與H2O2的摩爾比值為80-330后繼續(xù)刻蝕，使步驟(2)刻蝕出的硅納米線陣列繼續(xù)刻蝕 延長，并且新刻蝕出的硅納米線陣列方向改變一次；將刻蝕完成后得到的單晶硅片取出并沖洗干凈，在單晶硅片上得到方向改變一次的彎 折硅納米線陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是在密閉容器中，再次將步驟C3)刻蝕完成 后得到的單晶硅片浸入步驟(2)所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為10-40°C 下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次；然后再次將刻 蝕完成后得到的單晶硅片浸入步驟C3)所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，在溫度為 10-40°C下繼續(xù)刻蝕延長硅納米線陣列，新刻蝕出的硅納米線陣列方向再改變一次；反復(fù)循 環(huán)重復(fù)步驟( 和步驟(3)的刻蝕工藝，直至在單晶硅片上得到所需方向改變多次的彎折 硅納米線陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是所述的再次將步驟C3)刻蝕完成后得到的 單晶硅片浸入步驟( 所述濃度范圍和摩爾比值的刻蝕液中，所述的刻蝕液是新配制的與 步驟⑵所述的刻蝕液相同的刻蝕液；或向步驟O)已刻蝕過單晶硅片的刻蝕液中添加HF 和/或H2O2，以使刻蝕過單晶硅片的刻蝕液恢復(fù)到與步驟(2)所述的刻蝕液濃度相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其特征是所述的單晶硅片為<111>晶 向的硅片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征是步驟(1)所述的將清洗干凈的單晶硅 片浸入AgNO3和HF混合的鍍銀溶液中的時(shí)間為1-3分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的方法，其特征是所述的刻蝕時(shí)間為5-60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于一維納米材料的制備與應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種方向可以根據(jù)需要改變的彎折硅納米線陣列的制備方法。本發(fā)明首先在單晶硅片上化學(xué)鍍一層納米銀顆粒作為金屬催化劑，將鍍過銀的單晶硅片先在密閉容器中的一定濃度的刻蝕液中刻蝕一定時(shí)間，然后將刻蝕過的單晶硅片取出后放入在密閉容器中的另一濃度和比例不同的刻蝕液中，繼續(xù)刻蝕一定時(shí)間，如此多次循環(huán)重復(fù)上述刻蝕，即可獲得方向改變多次的彎折硅納米線陣列。
文檔編號B82B3/00GK102079506SQ20091024166
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者佘廣為, 劉運(yùn)宇, 師文生 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所