一維硅納米材料和ZnO-硅納米線陣列異質結構的制備及表征.pdf

1、一維硅納米材料由于其獨特的納米結構，使其在室溫下具有較好的光致發(fā)光特性，將其應用于半導體工業(yè)中，有希望實現用光互聯替代目前所采用的電互聯，這將極大地改善集成電路的運行速度。在光伏領域，這種近光波長的一維納米結構具有低反射特性，改善了電池對太陽光譜的吸收效率，進而可以提升太陽能電池的光電轉換效率。另一方面，采用硅納米線陣列設計的三維p-n結，極大地增加了結面積，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體工業(yè)

2、的基石。
　　 本文采用貴金屬催化濕化學刻蝕技術在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離子濃度和刻蝕時間等工藝參數對一維硅納米線陣列形貌和性能的影響。為進一步實現對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)技術控制用于催化的納米銀的形貌。我們采用磁控濺射技術和溶膠凝膠法分別制備出了氧化鋅/硅納米線三維異質結，主要研究了其光電特性。通過研究得到了以下主要結果：
　　 1、

3、采用貴金屬催化濕化學刻蝕方法，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HF/AgNO3混合溶液的濃度分別為4.6mol/L和0.01mol/L，銀納米網絡的沉積時間為60s，HF/H2O2混合溶液的濃度分別為10wt％和2.1wt％，刻蝕時間為20min時，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)現硅納米線的長度與刻蝕時間呈正比，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絡的沉積時間來控制，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?。浑S著納米銀網絡的沉積時間的加長，使得沉積在硅片襯底上的銀網絡變得密集，其相對應的刻蝕硅納米線密度隨之減小。這種一維硅納米線陣列結構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技術調控納米銀的形貌，最后才用貴金屬催化濕化學刻蝕法，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。通過調控蒸鍍銀膜的厚度和RTA的退火溫度等工藝參數，成功實現了襯底硅片上銀由銀膜，銀納米網絡到銀納米顆粒的轉變。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，并且相對于納米線陣列，有更高的機械強度，使其在光伏領域有更好的應用前景。
　　 3、采用磁控濺射技術和溶膠凝膠法均成功制備出了氧化鋅/硅納米線三維異質結。研究并比較了兩種方法制備出的異質結的電學性能，發(fā)現電極形貌對異質結的電學性能有重要影響。采用磁控濺射技術沉積AZO薄膜后，再通過電子束蒸發(fā)技術蒸鍍得到的電極具有相對平整且緊密連續(xù)的金屬電極，所以其接觸電阻相對較小，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構，從而造成接觸電阻很大，因此在伏安特性測試的過程中反映出相對較大的反向漏電流和較差的整流特性。實驗中還發(fā)現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ZnO光致發(fā)光的特性，其原因有兩個：一個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，從而增強其發(fā)光；另一個原因是一維硅納米線陣列的獨特結構使得對光譜的利用效率更高，從