一種大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了硅納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】的一種大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列制備的方法。該方法在硅基底上排布單層密排PS小球并對(duì)其進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕處理，然后采用磁控濺射法鍍銀，去除PS小球后，接著將基底進(jìn)行銀催化腐蝕，得到直徑較大的硅納米線陣列；再通過兩次干法氧化處理將硅納米線的直徑減小至約50nm；最后借助氧化自飽和效應(yīng)制備出內(nèi)核直徑小于10nm的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列。利用的方法制備出的硅納米線陣列不僅能滿足硅基光互連的尺寸要求，而且單晶性能良好，能覆蓋較大面積，長(zhǎng)徑比可控性較強(qiáng)。本方法成本低、產(chǎn)率高、可調(diào)控性好，因而可在硅基光電子器件的生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
【專利說明】—種大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硅納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用模板輔助銀催化腐蝕法與氧化自飽和效應(yīng)相結(jié)合進(jìn)行大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列制備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于硅材料儲(chǔ)藏豐富、價(jià)格低廉，以及硅基器件制備技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，半導(dǎo)體硅集成電路已經(jīng)在信息【技術(shù)領(lǐng)域】奠定了核心地位。半導(dǎo)體硅集成電路以電子作為信息載體，然而隨著計(jì)算機(jī)向高速度、大容量的方向發(fā)展，電互聯(lián)的瓶頸問題也逐漸凸顯出來:一方面，電子的傳輸速度難以滿足日益增長(zhǎng)的信息處理需要；另一方面，電子回路互聯(lián)的RC延遲也日趨明顯，嚴(yán)重限制了電子器件的響應(yīng)速率。因此，人們希望引入光子作為信息載體，通過在半導(dǎo)體硅上同時(shí)集成光路與電路來破解上述電互聯(lián)的瓶頸。
[0003]Si是一種典型的間接帶隙材料，帶間躍遷需要聲子的參與，因而輻射復(fù)合壽命較長(zhǎng)，快復(fù)合的非輻射過程占據(jù)了主導(dǎo)地位，發(fā)光效率較低。隨著研究的深入，科學(xué)工作者們逐漸認(rèn)識(shí)到要想實(shí)現(xiàn)硅基發(fā)光這一目標(biāo)，根本的途徑還是要實(shí)現(xiàn)Si材料間接帶隙向直接帶隙的轉(zhuǎn)變。理論計(jì)算的結(jié)果表明，當(dāng)娃納米結(jié)構(gòu)的尺寸與娃的玻爾半徑(4.3nm)相當(dāng)時(shí)，由于量子限制效應(yīng)的存在，硅材料表現(xiàn)出良好的直接帶隙性能。
[0004]在實(shí)驗(yàn)中科學(xué)工作者們已經(jīng)嘗試了制備尺寸與硅的玻爾半徑相當(dāng)?shù)亩嗫坠韬凸杓{米晶結(jié)構(gòu)，但這兩種結(jié)構(gòu)分別存在導(dǎo)電性能較差和光散射作用過強(qiáng)的缺陷，限制了它們?cè)诠杌饣ミB上的應(yīng)用。近年來，科學(xué)工作者們開始關(guān)注小尺寸硅納米線材料在硅基光互聯(lián)上的應(yīng)用，其主要制備方法有兩種:一種是采用氣-液-固方法，但這種方法制備的硅納米線結(jié)構(gòu)缺陷較多，限制了其發(fā)光性能；另一種是采用電子束曝光技術(shù)與氧化自飽和效應(yīng)相結(jié)合，但這種方法不僅所需設(shè)備昂貴，而且制備的硅納米線陣列面積及長(zhǎng)徑比均受到限制，也難以進(jìn)一步應(yīng)用于硅基發(fā)光器件的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列的制備方法。
[0006]為了說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明方法的實(shí)施包括以下步驟:
[0007]1、一種大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列的制備方法，包括以下步驟:
[0008]( I)將硅基底洗凈并進(jìn)行親水處理；
[0009](2)在上述預(yù)處理過的硅基底上制備單層密排PS (聚苯乙烯)小球陣列，制備方法如下:
[0010]a.將PS小球溶液與無水乙醇以體積比1:0.8-1.2混合，并將得到的混合溶液超
聲分散;
[0011]b.將玻璃片洗凈并進(jìn)行親水處理，待晾干后置于表面皿中央，向表面皿中加入去離子水直至水面高于玻璃片表面但未浸沒玻璃片；
[0012]c.將步驟(I)中得到的混合溶液，滴加至玻璃片上；[0013]d.從表面皿邊緣滴入1-2滴十二烷基硫酸鈉（SDS)溶液，PS小球被推至一側(cè)并密排；然后在具有十二烷基硫酸鈉分子的一側(cè)從液面下加入去離子水，使液面升高；然后將玻璃片撥至具有十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)，將預(yù)處理后的硅基底覆于玻璃片上；將玻璃片及其上所覆的硅基底一同推至PS小球一側(cè)液面下；
[0014]e.從十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)插入液面以下吸水使液面下降至低于硅基底表面；待硅基底上的水分完全蒸發(fā)后取出，其上即排布有單層密排的PS小球陣列；
[0015](3)通過反應(yīng)離子刻蝕處理使硅基底上的PS小球直徑減小，并不再密排；
[0016](4)在硅基底上鍍銀，再將其置于酒精中超聲去除PS小球，得到多孔銀膜；
[0017](5)將硅基底置于HF和H2O2的混合溶液中進(jìn)行銀催化腐蝕處理，再置于硝酸中去除殘余的銀，得到大尺寸的硅納米線陣列；
[0018](6)將步驟（5)中得到的硅納米線陣列在1000-1100攝氏度下保溫15_40分鐘進(jìn)行干法氧化，取出后置于HF水溶液中去除表面的氧化層，然后重復(fù)上述干法氧化-去除氧化層處理，進(jìn)一步減小直徑；
[0019](7 )將上述處理后的硅納米線陣列在750-800攝氏度下保溫10_12小時(shí)，由于氧化自飽和效應(yīng)的存在，即得到內(nèi)層為小尺寸單晶硅納米線，外層為氧化硅層的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列。
[0020]步驟（2)的步驟a中所述PS小球的直徑為250_350nm。
[0021]步驟（2)的步驟a中所述PS小球溶液的PS小球的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 3%_0. 5%。
[0022]步驟（2)的步驟d中所述十二烷基硫酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為1%_3%。
[0023]步驟（6)中所述HF水溶液的質(zhì)量濃度為1%_3%。
[0024]本發(fā)明的有益效果為：
[0025]I)本發(fā)明的方法通過改進(jìn)PS小球模板的制備工藝，提高了制備PS小球模板的單層性和密排性，現(xiàn)有的排布方法在大面積的單層PS小球膜上會(huì)出現(xiàn)雙層或多層的區(qū)域并且經(jīng)常有不密排的區(qū)域，本發(fā)明的方法排布的PS小球膜在基底全部區(qū)域均為單層并且能保證大面積的密排；
[0026]2)本發(fā)明的方法銀催化腐蝕與氧化自飽和工藝步驟間引入兩步干法氧化工藝，從而實(shí)現(xiàn)了小尺寸硅納米線陣列的大面積制備，將硅納米線的直徑減小至約50nm ;最后借助氧化自飽和效應(yīng)制備出內(nèi)核直徑小于IOnm的核殼結(jié)構(gòu)娃納米線陣列；
[0027]3)本發(fā)明將模板輔助銀催化腐蝕法與氧化自飽和效應(yīng)相結(jié)合，制備出的硅納米線陣列不僅能滿足硅基光互連的尺寸要求，而且單晶性能良好，能覆蓋較大面積，長(zhǎng)徑比可控性較強(qiáng)。此外，本方法成本低、產(chǎn)率高、可調(diào)控性好，因而很有望在硅基光電子器件的生產(chǎn)中得到實(shí)際應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖I為排布單層密排PS小球模板的流程圖。
[0029]圖2為實(shí)施例I中制備大尺寸硅納米線陣列過程的掃描電鏡照片；
[0030]其中（a)為反應(yīng)離子刻蝕結(jié)果，（b)為磁控濺射鍍銀結(jié)果，（C)為超聲去小球結(jié)果，(d)為銀催化腐蝕結(jié)果。
[0031]圖3為實(shí)施例I中干法氧化過程的掃描電鏡照片；[0032]其中（a)為第一次干法氧化結(jié)果，(b)為第二次干法氧化結(jié)果。
[0033]圖4為實(shí)施例I中制備的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線的透射電鏡照片；
[0034]其中（a)為明場(chǎng)像照片，（b)為暗場(chǎng)像照片，（C)為高分辨照片，（d)為低倍像照片。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將通過附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0036]實(shí)施例I :
[0037]I、硅片的預(yù)處理：
[0038]將電阻率為15-20 Ω cm，晶體學(xué)取向?yàn)椋?00)方向的p型硅基底切成3cmX3cm的方片，用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗干凈，并浸沒于濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和H2O2 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)體積比為4:1的混合溶液中，在135攝氏度下保溫I小時(shí)進(jìn)行親水處理，待冷卻即儲(chǔ)存于上述混合溶液中備用；
[0039]2、單層密排PS小球陣列的制備，其流程如圖I所示。
[0040](I)將直徑250nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的PS小球溶液超聲5分鐘進(jìn)行初步分散，取該P(yáng)S小球溶液與去離子水混合稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 3%，再取稀釋后的PS小球溶液與酒精以體積比1:1混合，最后將得到的混合溶液超聲處理30分鐘；
[0041](2)將2cmX2cm的玻璃片用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗干凈，并浸沒于濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)體積比為4:1的混合溶液中，超聲I小時(shí)進(jìn)行親水處理，之后取出置于去離子水中超聲清洗，待晾干后置于直徑15cm的玻璃表面皿中央;
[0042](3)用塑料吸管向表面皿中緩慢加入去離子水直至水面高于玻璃片表面但未浸沒玻璃片；
[0043](4)迅速用移液槍吸取步驟①中得到的混合溶液1000微升，逐滴緩慢滴加至玻璃片上;
[0044](5)從表面皿邊緣滴入I滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基硫酸鈉（SDS)溶液，將PS小球推至液面一側(cè)并使之密排；
[0045](6)用容積3毫升的一次性吸管吸取去離子水后從表面皿邊緣十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)插入液面以下，并將去離子水緩慢擠出，如此反復(fù)10次；
[0046](7)用彎頭鑷子伸入液面以下將玻璃片緩慢撥至表面皿邊緣SDS分子一側(cè)；
[0047](8)將硅片從濃H2SO4和H2O2的混合溶液中取出，用去離子水沖洗干凈，并用鑷子夾住硅片邊緣將其覆于步驟⑦中所述的玻璃片上；
[0048](9)用彎頭鑷子將玻璃片及其上所覆的硅片一同緩慢推至PS小球一側(cè)液面下；
[0049](10)將一次性吸管從SDS分子一側(cè)插入液面以下，緩慢吸水使液面下降，如此反復(fù)十余次直至液面低于硅片表面；
[0050](11)靜置直至硅片上的水分完全蒸發(fā)后將硅片取出，其上即排布有單層密排的PS小球陣列；
[0051]3、PS小球的反應(yīng)離子刻蝕處理：
[0052]以流量40SCCM的氧氣作為反應(yīng)氣體，在壓強(qiáng)2Pa，功率50W的條件下對(duì)步驟2中制備的PS小球陣列進(jìn)行55s的反應(yīng)離子刻蝕處理，將PS小球的直徑減小至約140nm ；[0053]4、多孔銀膜的制備：
[0054]使用磁控濺射鍍膜機(jī)，以金屬銀作為靶材，固定樣品使之與靶材間距18cm，將鍍膜機(jī)腔室抽至5X10 —5?8X10 —5Pa的高真空，以流量50SCCM的氬氣作為保護(hù)氣，在電壓420V，電流O. 075A的條件下濺射5分鐘，得到厚度約35nm的銀膜，再將鍍膜后的樣品置于酒精中超聲處理5分鐘去除PS小球，即得到具有規(guī)則孔陣列的銀膜；
[0055]5、銀催化腐蝕：
[0056]將步驟4中制得的覆有多孔銀膜的硅片置于4. 8M的HF和O. 3M的H2O2的混合溶液中于30攝氏度下保溫5分鐘，取出后用去離子水沖洗干凈，再置于硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%)與去離子水體積比1:1的混合溶液中浸泡5分鐘去除殘余的銀，取出后用去離子水沖洗干凈并晾干，即可得到直徑約165nm，高度約2. 5um的硅納米線陣列。
[0057]以上過程的結(jié)果如圖2所示。
[0058]6、干法氧化：
[0059]將步驟5中得到的樣品在1050攝氏度下保溫20分鐘，取出后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的HF溶液中浸泡20分鐘，再取出用去離子水沖洗干凈并晾干，可得到直徑約120nm的硅納米線陣列，將第一步干法氧化處理后的樣品再置于1050攝氏度下保溫40分鐘，取出后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的HF溶液中浸泡40分鐘，再取出用去離子水沖洗干凈并晾干，即可得到直徑約50nm的硅納米線陣列；得到的結(jié)果如圖3所示。
[0060]7、氧化自飽和：
[0061]將步驟6中得到的樣品在800攝氏度下保溫10小時(shí)，即可得到外層為非晶的SiO2,內(nèi)層為直徑約7nm的單晶硅的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列，如圖4所示。
[0062]實(shí)施例2
[0063]I、硅片的預(yù)處理：
[0064]將電阻率為15-20 Ω cm，晶體學(xué)取向?yàn)椋?00)方向的p型硅基底切成3cmX3cm的方片，用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗干凈，并浸沒于濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和H2O2 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)體積比為4:1的混合溶液中，在135攝氏度下保溫I小時(shí)進(jìn)行親水處理，待冷卻即儲(chǔ)存于上述混合溶液中備用；
[0065]2、單層密排PS小球陣列的制備：
[0066](I)將直徑250nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的PS小球溶液超聲5分鐘進(jìn)行初步分散，取該P(yáng)S小球溶液與去離子水混合稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 5%，再取稀釋后的PS小球溶液與酒精以體積比1:0. 8混合，最后將得到的混合溶液超聲處理30分鐘；
[0067](2)將2cmX2cm的玻璃片用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗干凈，并浸沒于濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)體積比為4:1的混合溶液中，超聲I小時(shí)進(jìn)行親水處理，之后取出置于去離子水中超聲清洗，待晾干后置于直徑15cm的玻璃表面皿中央;
[0068](3)用塑料吸管向表面皿中緩慢加入去離子水直至水面略高于玻璃片表面但未浸沒玻璃片；
[0069](4)迅速用移液槍吸取步驟①中得到的混合溶液1000微升，逐滴緩慢滴加至玻璃片上;
[0070](5)從表面皿邊緣滴入I滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基硫酸鈉（SDS)溶液，將PS小球推至液面一側(cè)并使之密排；
[0071](6)用容積3毫升的一次性吸管吸取去離子水后從表面皿邊緣十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)插入液面以下，并將去離子水緩慢擠出，如此反復(fù)10次；
[0072](7)用彎頭鑷子伸入液面以下將玻璃片緩慢撥至表面皿邊緣SDS分子一側(cè)；
[0073](8)將硅片從濃H2SO4和H2O2的混合溶液中取出，用去離子水沖洗干凈，并用鑷子夾住硅片邊緣將其覆于步驟⑦中所述的玻璃片上；
[0074](9)用彎頭鑷子將玻璃片及其上所覆的硅片一同緩慢推至PS小球一側(cè)液面以下；
[0075](10)將空的一次性吸管從SDS分子一側(cè)插入液面以下，緩慢吸水使液面下降，如此反復(fù)十余次直至液面低于硅片表面；
[0076](11)靜置直至硅片上的水分完全蒸發(fā)后將硅片取出，其上即排布有單層密排的PS小球陣列；
[0077]3、PS小球的反應(yīng)離子刻蝕處理：
[0078]以流量40SCCM的氧氣作為反應(yīng)氣體，在壓強(qiáng)2Pa，功率50W的條件下對(duì)步驟2中制備的PS小球陣列進(jìn)行55s的反應(yīng)離子刻蝕處理，將PS小球的直徑減小至約140nm ；
[0079]4、多孔銀膜的制備：
[0080]使用磁控濺射鍍膜機(jī)，以金屬銀作為靶材，固定樣品使之與靶材間距18cm，將鍍膜機(jī)腔室抽至5X10 —5?8X10 —5Pa的高真空，以流量50SCCM的氬氣作為保護(hù)氣，在電壓420V，電流O. 075A的條件下濺射5分鐘，得到厚度約35nm的銀膜，再將鍍膜后的樣品置于酒精中超聲處理5分鐘去除PS小球，即得到具有規(guī)則孔陣列的銀膜；
[0081]5、銀催化腐蝕：
[0082]將步驟4中制得的覆有多孔銀膜的硅片置于4. 8M的HF和O. 3M的H2O2的混合溶液中于30攝氏度下保溫5分鐘，取出后用去離子水沖洗干凈，再置于硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%)與去離子水體積比1:1的混合溶液中浸泡5分鐘去除殘余的銀，取出后用去離子水沖洗干凈并晾干，即可得到直徑約165nm，高度約2. 5um的硅納米線陣列；
[0083]6、干法氧化：
[0084]將步驟5中得到的樣品在1100攝氏度下保溫15分鐘，取出后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的HF溶液中浸泡15分鐘，再取出用去離子水沖洗干凈并晾干，可得到直徑約IlOnm的硅納米線陣列，將第一步干法氧化處理后的樣品再置于1100攝氏度下保溫25分鐘，取出后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的HF溶液中浸泡25分鐘，再取出用去離子水沖洗干凈并晾干，即可得到直徑約50nm的娃納米線陣列；
[0085]7、氧化自飽和：
[0086]將步驟6中得到的樣品在750攝氏度下保溫10小時(shí)，即可得到外層為非晶的SiO2,內(nèi)層為直徑約20nm的單晶硅的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列。
[0087]實(shí)施例3 ：
[0088]I、硅片的預(yù)處理：
[0089]將電阻率為15-20 Ω cm，晶體學(xué)取向?yàn)椋?00)方向的p型硅基底切成3cmX3cm的方片，用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗干凈，并浸沒于濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和H2O2 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)體積比為4:1的混合溶液中，在135攝氏度下保溫I小時(shí)進(jìn)行親水處理，待冷卻即儲(chǔ)存于上述混合溶液中備用；[0090] 2、單層密排PS小球陣列的制備：
[0091 ] (I)將直徑250nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的PS小球溶液超聲5分鐘進(jìn)行初步分散，取該P(yáng)S小球溶液與去離子水混合稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 4%，再取稀釋后的PS小球溶液與酒精以體積比1:1. 2混合，最后將得到的混合溶液超聲處理30分鐘；
[0092](2)將2cmX2cm的玻璃片用丙酮、酒精、去離子水逐一超聲清洗干凈，并浸沒于濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)體積比為4:1的混合溶液中，超聲I小時(shí)進(jìn)行親水處理，之后取出置于去離子水中超聲清洗，待晾干后置于直徑15cm的玻璃表面皿中央;
[0093](3)用塑料吸管向表面皿中緩慢加入去離子水直至水面略高于玻璃片表面但未浸沒玻璃片；
[0094](4)迅速用移液槍吸取步驟①中得到的混合溶液1000微升，逐滴緩慢滴加至玻璃片上;
[0095](5)從表面皿邊緣滴入I滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基硫酸鈉（SDS)溶液，將PS小球推至液面一側(cè)并使之密排；
[0096](6)用容積3毫升的一次性吸管吸取去離子水后從表面皿邊緣十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)插入液面以下，并將去離子水緩慢擠出，如此反復(fù)10次；
[0097](7)用彎頭鑷子伸入液面以下將玻璃片緩慢撥至表面皿邊緣SDS分子一側(cè)；
[0098](8)將硅片從濃H2SO4和H2O2的混合溶液中取出，用去離子水沖洗干凈，并用鑷子夾住硅片邊緣將其覆于步驟⑦中所述的玻璃片上；
[0099](9)用彎頭鑷子將玻璃片及其上所覆的硅片一同緩慢推至PS小球一側(cè)液面以下；
[0100](10)將空的一次性吸管從SDS分子一側(cè)插入液面以下，緩慢吸水使液面下降，如此反復(fù)十余次直至液面低于硅片表面；
[0101](11)靜置直至硅片上的水分完全蒸發(fā)后將硅片取出，其上即排布有單層密排的PS小球陣列；
[0102]3、PS小球的反應(yīng)離子刻蝕處理：
[0103]以流量40SCCM的氧氣作為反應(yīng)氣體，在壓強(qiáng)2Pa，功率50W的條件下對(duì)步驟2中制備的PS小球陣列進(jìn)行50s的反應(yīng)離子刻蝕處理，將PS小球的直徑減小至約170nm ；
[0104]4、多孔銀膜的制備：
[0105]使用磁控濺射鍍膜機(jī)，以金屬銀作為靶材，固定樣品使之與靶材間距18cm，將鍍膜機(jī)腔室抽至5X10 —5?8X10 —5Pa的高真空，以流量50SCCM的氬氣作為保護(hù)氣，在電壓420V，電流O. 075A的條件下濺射5分鐘，得到厚度約35nm的銀膜，再將鍍膜后的樣品置于酒精中超聲處理5分鐘去除PS小球，即得到具有規(guī)則孔陣列的銀膜；
[0106]5、銀催化腐蝕：
[0107]將步驟4中制得的覆有多孔銀膜的硅片置于4. 8M的HF和O. 3M的H2O2的混合溶液中于30攝氏度下保溫5分鐘，取出后用去離子水沖洗干凈，再置于硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%)與去離子水體積比1:1的混合溶液中浸泡5分鐘去除殘余的銀，取出后用去離子水沖洗干凈并晾干，即可得到直徑約195nm，高度約2. 5um的硅納米線陣列；
[0108]6、干法氧化：
[0109]將步驟5中得到的樣品在1050攝氏度下保溫40分鐘，取出后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的HF溶液中浸泡40分鐘，再取出用去離子水沖洗干凈并晾干，可得到直徑約IlOnm的硅納米線陣列，將第一步干法氧化處理后的樣品再置于1050攝氏度下保溫30分鐘，取出后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的HF溶液中浸泡30分鐘，再取出用去離子水沖洗干凈并晾干，即可得到直徑約50nm的娃納米線陣列；
[0110]7、氧化自飽和:
[0111]將步驟6中得到的樣品在800攝氏度下保溫10小時(shí)，即可得到外層為非晶的SiO2,內(nèi)層為直徑約7nm的單晶硅的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列。
【權(quán)利要求】
1.一種大面積小尺寸核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將硅基底洗凈并進(jìn)行親水處理； (2)在上述預(yù)處理過的硅基底上制備單層密排PS小球陣列，制備方法如下: a.將PS小球溶液與無水乙醇以體積比1:0.8-1.2混合，并將得到的混合溶液超聲分散； b.將玻璃片洗凈并進(jìn)行親水處理，待晾干后置于表面皿中央，向表面皿中加入去離子水直至水面高于玻璃片表面但未浸沒玻璃片； c.將步驟(I)中得到的混合溶液，滴加至玻璃片上； d.從表面皿邊緣滴入1-2滴十二烷基硫酸鈉溶液，PS小球被推至一側(cè)并密排；然后在具有十二烷基硫酸鈉分子的一側(cè)從液面下加入去離子水，使液面升高；然后將玻璃片撥至具有十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)，將預(yù)處理后的硅基底覆于玻璃片上；將玻璃片及其上所覆的硅基底一同推至PS小球一側(cè)液面下； e.從十二烷基硫酸鈉分子一側(cè)插入液面以下吸水使液面下降至低于硅基底表面；待硅基底上的水分完全蒸發(fā)后取出，其上即排布有單層密排的PS小球陣列； (3)通過反應(yīng)離子刻蝕處理使硅基底上的PS小球直徑減小，并不再密排； (4)在硅基底上鍍銀，再將其置于酒精中超聲去除PS小球，得到多孔銀膜； (5)將硅基底置于HF和H2O2的混合溶液中進(jìn)行銀催化腐蝕處理，再置于硝酸中去除殘余的銀，得到大尺寸的硅納米線陣列； (6)將步驟(5)中得到的硅納米線陣列在1000-1100攝氏度下保溫15-40分鐘進(jìn)行干法氧化，取出后置于HF水溶液中去除表面的氧化層，然后重復(fù)上述干法氧化-去除氧化層處理，進(jìn)一步減小直徑； (7 )將上述處理后的硅納米線陣列在750-800攝氏度下保溫10-12小時(shí)，由于氧化自飽和效應(yīng)的存在，即得到內(nèi)層為小尺寸單晶硅納米線，外層為氧化硅層的核殼結(jié)構(gòu)硅納米線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)的步驟a中所述PS小球的直徑為 250-350nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)的步驟a中所述PS小球溶液的PS小球的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%-0.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)的步驟d中所述十二烷基硫酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為1%_3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(6)中所述HF水溶液的質(zhì)量濃度為1%-3%。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103489753SQ201310452562
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】李正操, 蘇詩茗, 林琳涵, 馮嘉猷 申請(qǐng)人:清華大學(xué)