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域具有巨大的應用價值。在納米尺度下，不同的微觀結構、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上具有重大的意義。
　　在本實驗中，首先我們通過結合納米球掩模

2、板法（nanosphere lithography,NSL）和金屬輔助化學刻蝕法（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）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)生嚴重畸變，為隨后硅納米線的掩模板刻蝕作好充分的準備。我們獲得的硅納米線長

3、度達到20μm而不團聚，納米線間距從300nm到1000nm可調節(jié)，納米線直徑在亞微米級可控，區(qū)域達到厘米量級。
　　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；當腐蝕溫度過低時，刻蝕過程中氧化還原化學反應的速率較慢，使得硅納米線的刻蝕很難發(fā)生，而刻蝕的溫度較高時，氧化還原反應過于劇烈，反應過程中生成大量的氣體，使得Au網(wǎng)孔薄

4、膜破壞，腐蝕結果較差。因此，我們可以通過控制合適的濃度、溫度和時間等參數(shù)來獲得即不團聚也不錐形化的硅納米線陣列。隨后我們基于光刻蝕技術利用金屬輔助化學刻蝕法對微米級圖形化的模板進行了刻蝕，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