一維硅納米材料和ZnO-硅納米線陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備及表征.pdf

1、一維硅納米材料由于其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，使其在室溫下具有較好的光致發(fā)光特性，將其應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，有希望實(shí)現(xiàn)用光互聯(lián)替代目前所采用的電互聯(lián)，這將極大地改善集成電路的運(yùn)行速度。在光伏領(lǐng)域，這種近光波長的一維納米結(jié)構(gòu)具有低反射特性，改善了電池對(duì)太陽光譜的吸收效率，進(jìn)而可以提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，采用硅納米線陣列設(shè)計(jì)的三維p-n結(jié)，極大地增加了結(jié)面積，有效提高了光生載流子濃度，使短路電流得到提升。一維硅納米材料將是未來半導(dǎo)體工業(yè)

2、的基石。
　　 本文采用貴金屬催化濕化學(xué)刻蝕技術(shù)在p型硅片上成功制備出一維硅納米線陣列，并研究了H2O2濃度，Ag離子濃度和刻蝕時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)一維硅納米線陣列形貌和性能的影響。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)一維硅納米線陣列形貌的控制，我們采用電子束蒸發(fā)和快速退火(RTA)技術(shù)控制用于催化的納米銀的形貌。我們采用磁控濺射技術(shù)和溶膠凝膠法分別制備出了氧化鋅/硅納米線三維異質(zhì)結(jié)，主要研究了其光電特性。通過研究得到了以下主要結(jié)果：
　　 1、

3、采用貴金屬催化濕化學(xué)刻蝕方法，以p型硅片為襯底，在室溫條件下制備了一維硅納米線陣列。當(dāng)HF/AgNO3混合溶液的濃度分別為4.6mol/L和0.01mol/L，銀納米網(wǎng)絡(luò)的沉積時(shí)間為60s，HF/H2O2混合溶液的濃度分別為10wt％和2.1wt％，刻蝕時(shí)間為20min時(shí)，制備出了直徑約為50～200nm，長度為8μm的一維硅納米線陣列。并發(fā)現(xiàn)硅納米線的長度與刻蝕時(shí)間呈正比，刻蝕速率約為360nm/min。硅納米線的直徑和陣列密度可通過

4、改變刻蝕液中H2O2溶液的濃度和納米銀網(wǎng)絡(luò)的沉積時(shí)間來控制，隨著H2O2溶液的濃度的增大，刻蝕出的硅納米線陣列的密度變得越來越小，納米線的直徑也隨之變??；隨著納米銀網(wǎng)絡(luò)的沉積時(shí)間的加長，使得沉積在硅片襯底上的銀網(wǎng)絡(luò)變得密集，其相對(duì)應(yīng)的刻蝕硅納米線密度隨之減小。這種一維硅納米線陣列結(jié)構(gòu)具有非常好的阻反射特性，在200～1200波段，其表面反射率不高于5％。
　　 2、采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在硅片襯底上沉積一定厚度的貴金屬銀薄膜，然后通

5、過RTA技術(shù)調(diào)控納米銀的形貌，最后才用貴金屬催化濕化學(xué)刻蝕法，以納米銀作為催化劑，HF/H2O2混合溶液作為刻蝕液，成功制備出了一維硅納米孔陣列。通過調(diào)控蒸鍍銀膜的厚度和RTA的退火溫度等工藝參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了襯底硅片上銀由銀膜，銀納米網(wǎng)絡(luò)到銀納米顆粒的轉(zhuǎn)變。在蒸鍍銀膜厚度為20nm，RTA溫度為800℃退火1min的條件下，得到了均勻性和分散性均好直徑50～100nm的銀納米顆粒，經(jīng)刻蝕得到了一維硅納米孔陣列，該陣列不僅保持了一維硅納米

6、線陣列阻反射的特點(diǎn)，并且相對(duì)于納米線陣列，有更高的機(jī)械強(qiáng)度，使其在光伏領(lǐng)域有更好的應(yīng)用前景。
　　 3、采用磁控濺射技術(shù)和溶膠凝膠法均成功制備出了氧化鋅/硅納米線三維異質(zhì)結(jié)。研究并比較了兩種方法制備出的異質(zhì)結(jié)的電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)電極形貌對(duì)異質(zhì)結(jié)的電學(xué)性能有重要影響。采用磁控濺射技術(shù)沉積AZO薄膜后，再通過電子束蒸發(fā)技術(shù)蒸鍍得到的電極具有相對(duì)平整且緊密連續(xù)的金屬電極，所以其接觸電阻相對(duì)較小，而采用溶膠凝膠法制備的ZnO后再蒸鍍電極得到

7、的電極沒有形成緊密連續(xù)的電極，只是在納米線陣列的上方形成島狀結(jié)構(gòu)，從而造成接觸電阻很大，因此在伏安特性測(cè)試的過程中反映出相對(duì)較大的反向漏電流和較差的整流特性。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)采用刻蝕有硅納米線陣列的硅片作為沉積ZnO薄膜的襯底具有增強(qiáng)ZnO光致發(fā)光的特性，其原因有兩個(gè)：一個(gè)原因是刻蝕有硅納米線陣列的硅襯底具有更大的比表面積，使得可以有更多的ZnO沉積在襯底上，從而增強(qiáng)其發(fā)光；另一個(gè)原因是一維硅納米線陣列的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得對(duì)光譜的利用效率更高，從