本發(fā)明屬于硅微納米結(jié)構(gòu)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以控制硅納米線走向的加工方法。
背景技術(shù)：
硅微納結(jié)構(gòu)具有突出的小尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)等特殊效應(yīng)，正是由于其具有這些特殊的物理性質(zhì)且還具有突出的光電學(xué)特性、熱穩(wěn)定性使其在微電子、光電子、mems器件及生化傳感等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。
制備硅納米線的方法很多，如氣-液-固法、激光刻蝕法、離子反應(yīng)腐蝕法等，而金屬輔助化學(xué)刻蝕法因其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。但是單純的通過(guò)金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備的硅納米線加工質(zhì)量低下，可重復(fù)性低且其生長(zhǎng)方向不能得到良好的保證。因此在金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備硅納米線的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加深入的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種在外加電場(chǎng)作用下金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備硅納米結(jié)構(gòu)，利用電場(chǎng)來(lái)規(guī)范金屬離子的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用電場(chǎng)方向的改變來(lái)控制金屬離子的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而形成清晰穩(wěn)定的硅納米結(jié)構(gòu)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：制造可控走向的硅納米線的方法，包括如下步驟：(一)對(duì)硅片進(jìn)行清洗；(二)對(duì)硅片進(jìn)行表面處理，在硅片表面鍍一層貴金屬涂層；(三)在電場(chǎng)方向可調(diào)的反應(yīng)釜內(nèi)采用刻蝕溶液對(duì)鍍銀后的硅片進(jìn)行刻蝕；(四)去除硅片表面金屬顆粒，干燥。
所述步驟(一)又包括以下步驟：(1)首先去除有機(jī)雜質(zhì)：將硅片放入乙醇和丙酮溶液中超聲清洗15分鐘，結(jié)束后用去離子水沖洗干凈；(2)去除貴金屬等無(wú)機(jī)雜質(zhì)：將硅片放入1：1的濃硫酸和濃硝酸混合液中超聲清洗10分鐘，結(jié)束后用去離子水沖洗干凈；(3)去除氧化膜：將硅片放入氫氟酸溶液中超聲清洗10分鐘，結(jié)束后用去離子水沖洗干凈。
所述步驟(二)是在25℃下，將清洗后的硅片放入配制好的貴金屬涂層溶液中，反應(yīng)時(shí)間為1min，待反應(yīng)結(jié)束后用去離子水反復(fù)沖洗數(shù)次，去除表面的殘液。
所述貴金屬涂層溶液是由agno3和hf溶液混合而成，其中，agno3溶液的摩爾濃度為0.1mol\l，hf溶液的摩爾濃度4.6mol\l，二者的體積比為1：1.2。
所述步驟(三)中蝕刻溶液是由hf和h2o2混合而成，其中，hf溶液的摩爾濃度4.6mol\l，h2o2溶液的摩爾濃度0.02mol\l，二者的體積比為1：1.2。
所述步驟(四)是利用低濃度強(qiáng)氧化性溶液將硅片表面殘留的銀顆粒進(jìn)行溶解，最后利用去離子水反復(fù)沖洗后自然風(fēng)干。
本發(fā)明提出添加外電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)貴金屬離子，通過(guò)調(diào)整外加電場(chǎng)的的方向來(lái)制備不同硅納米線走向的方法。本發(fā)明通過(guò)改變外加電場(chǎng)的強(qiáng)度與方向來(lái)控制ag粒子的走向來(lái)制備硅納米線。外加電場(chǎng)可以克服粒子間的作用力，液體阻力等外在干擾因素。從而可以制得重復(fù)性高，質(zhì)量高，穩(wěn)定的硅納米結(jié)構(gòu)。該方法操作簡(jiǎn)單，效率高，適合大規(guī)模推廣。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明操作步驟如下：
一.對(duì)硅片進(jìn)行清洗：(1)首先去除有機(jī)雜質(zhì)：將切割好的硅片放入乙醇和丙酮溶液中超聲清洗15分鐘，結(jié)束后用去離子水沖洗干凈。
(2)去除貴金屬等無(wú)機(jī)雜質(zhì)：將硅片放入1：1的濃硫酸和濃硝酸混合液中超聲清洗10分鐘，結(jié)束后用去離子水沖洗干凈。
(3)去除氧化膜：將硅片放入7.3m的氫氟酸溶液中超聲清洗10分鐘，結(jié)束后用去離子水沖洗干凈。
上述步驟結(jié)束后，取出硅片烘干，在光學(xué)顯微鏡下觀察是否清洗干凈，若還有雜質(zhì)，則重復(fù)上述步驟，直至硅表面無(wú)任何雜質(zhì)。
二.對(duì)硅片進(jìn)行表面處理：表面處理指的是在硅片表面鍍一層貴金屬涂層。涂層溶液是由agno3和hf溶液混合而成，agno3溶液的摩爾濃度為0.1mol\l，hf溶液摩爾濃度4.6mol\l，二者的體積比為1：1.2。在25℃下，將清洗后硅片放入配制好的涂層溶液中，反應(yīng)時(shí)間為1min。待反應(yīng)結(jié)束后用去離子水反復(fù)沖洗數(shù)次去除表面的殘液。
三.對(duì)鍍銀后的硅片進(jìn)行刻蝕。
(1)首先配置刻蝕溶液，蝕刻溶液是由hf和h2o2混合而成，hf溶液摩爾濃度4.6mol\l，h2o2溶液摩爾濃度0.02mol\l，二者的體積比為1：1.2。
(2)將刻蝕液注入反應(yīng)釜左右容腔中，并且要確保左右容腔中液面高度相同，此處主要依靠安裝與容腔中的液面?zhèn)鞲衅鲗?shí)現(xiàn)。待刻蝕液完全注入反應(yīng)釜容腔中，將硅片放置于反應(yīng)釜中的硅片托架上。反應(yīng)釜端蓋上有一個(gè)刻度盤，具體刻度為±90°、±80°、±70°、±60°、±50°、±40°、±30°。將滑塊移動(dòng)到某一刻度時(shí)(此時(shí)滑塊上的凹槽對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)刻度就是對(duì)應(yīng)制備出來(lái)的硅納米線的傾角)。將反應(yīng)釜端蓋上的刻度先調(diào)至大刻度值，即先調(diào)到90度，也即為電場(chǎng)線方向與硅片垂直，此方向?yàn)楣?111)方向，晶面密度最大，面間距最大，引力較小，所以現(xiàn)在該方向進(jìn)行預(yù)刻蝕，反應(yīng)1min，再慢慢將刻度盤轉(zhuǎn)向目標(biāo)刻度，可以加快刻蝕速率，提高刻蝕質(zhì)量。當(dāng)需要制備不同刻蝕方向的電場(chǎng)線時(shí)，需要在恒溫恒壓條件下，在90度方向進(jìn)行預(yù)刻蝕，然后將刻度盤轉(zhuǎn)向其他刻度，改變電場(chǎng)線方向與硅片的夾角，進(jìn)行深度刻蝕30min。刻蝕完成之后，先將反應(yīng)釜底部的排液孔打開(kāi)排出腐蝕液，再關(guān)閉電源，防止刻蝕液對(duì)硅片進(jìn)行(111)方向的刻蝕，影響刻蝕方向的精度。
惰性電極與所述硅片架相對(duì)面為平面。硅片托架包括架體和密封墊。在反應(yīng)釜腔室中間部位有一個(gè)卡槽，可以將架體連同密封墊一起插入該卡槽。密封墊圈是為了更好隔絕左右腔室，防止反應(yīng)溶液從硅片托架部位滲漏。
四.刻蝕反應(yīng)后處理
(1)去除硅片表面金屬顆粒。蝕刻反應(yīng)結(jié)束以后將硅片取出，利用低濃度強(qiáng)氧化性溶液將硅片表面殘留的銀顆粒進(jìn)行溶解以達(dá)到去除銀顆粒的目的。
(2)干燥。將處理好的硅片利用去離子水反復(fù)沖洗后自然風(fēng)干。
實(shí)施例1：
(1)將一片的n型(111)硅片清洗干凈后放入agno3和hf的混合液中，其中agno3的摩爾濃度為0.1mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，并且二者的體積比為1：1.2，反應(yīng)時(shí)間為1min；
(2)配置刻蝕液?？涛g液是hf和h2o2的混合溶液。其中h2o2的摩爾濃度為0.02mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l.配置好蝕刻液后，啟動(dòng)電源，控制系統(tǒng)控制電機(jī)抽取刻蝕液到反應(yīng)釜左右兩腔至液面等高以后斷開(kāi)電源。將鍍ag過(guò)的硅片放入反應(yīng)釜中
(3)待(2)完成以后，滑動(dòng)滑塊將滑塊上的凹槽對(duì)準(zhǔn)90度刻度線，啟動(dòng)與石墨電極相連的直流電源，先預(yù)刻蝕一分鐘，然后再將刻度盤轉(zhuǎn)向60度刻度線，直流電源的電流密度為0.5ma/cm2。
(4)在25℃下反應(yīng)60min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部排液孔，排出刻蝕液，取出硅片，得到相應(yīng)的硅三維納米結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：涂層溶液配比為agno3的摩爾濃度為0.008mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，電場(chǎng)線與硅片夾角變?yōu)?5度。
實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：刻蝕液中h2o2的摩爾濃度為0.04mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，電場(chǎng)線與硅片夾角變?yōu)?5度。
實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：刻蝕液中h2o2的摩爾濃度為0.04mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l.，電場(chǎng)線與硅片夾角變?yōu)?0度。
實(shí)施例5
涂層溶液配比為agno3的摩爾濃度為0.008mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，電場(chǎng)線與硅片夾角變?yōu)?0度。
實(shí)施例6
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：增加預(yù)刻蝕的時(shí)間為5min。
本發(fā)明屬于新型硅表面納米結(jié)構(gòu)的可控性加工方法，屬于新材料與納米材料技術(shù)領(lǐng)域。其主要通過(guò)添加外加電場(chǎng)來(lái)穩(wěn)定和控制貴金屬粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，克服了粒子間作用力，液體粘性阻力等不利因素，有效的解決了傳統(tǒng)金屬輔助化學(xué)刻蝕方法加工的硅納米線可重復(fù)性低，加工質(zhì)量低下的特點(diǎn)。在微電子、光電子、太陽(yáng)能電池以及傳感器等方面具有重要的應(yīng)用前景。