硅纳米线阵列
金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线及应用
基本内容
结论： 本次演示综述了硅基AAO模板法制备纳米阵列的研究进展，详细介绍了该方法 的基本原理、实验设计、样本选择、数据收集和分析方法，总结了研究结果和不 足之处，并提出了未来的研究方向。虽然硅基AAO模板法制备纳米阵列在材料科 学、生物医学、能源等领域具有广泛的应用前景，
基本内容
但仍存在一些不足之处，需要进一步研究和改进。未来的研究方向可以包括 探索更加高效的模板制作方法、深入研究纳米阵列的制备机理、拓展纳米阵列的 应用领域等。
基本内容
2、制备硅纳米线：将金属膜置于硅片上，放入腐蚀液中，在一定温度下进行 腐蚀。通过控制腐蚀时间和腐蚀液的浓度，可以制备出不同形貌和尺寸的硅纳米 线。
基本内容
3、去除金属膜：在制备完硅纳米线后，需要将金属膜去除。可以使用稀盐酸 在加热条件下进行去除，然后用去离子水冲洗干净。
基本内容
通过优化实验条件，可以制备出结构完整、性能优良的硅纳米线。本实验中， 我们选择了最优的实验条件如下：腐蚀液浓度为2mol/L，腐蚀温度为80℃，腐蚀 时间为2小时，制备出了形貌良好的硅纳米线。
2、不同刻蚀方法的选择和分析
2、不同刻蚀方法的选择和分析
根据刻蚀剂的不同，刻蚀法制备超疏水金属表面主要分为化学刻蚀法和物理 刻蚀法两大类。化学刻蚀法主要包括电化学刻蚀和化学刻蚀。物理刻蚀法主要包 括激光刻蚀和等离子体刻蚀等。不同刻蚀方法的特点和适用范围也会有所不同， 需要根据实际需求进行选择。
3、刻蚀工艺参数的优化和质量 控制
基本内容
引言： 随着纳米科技的快速发展，纳米阵列的制备已成为一个热门领域。硅基AAO模 板法是一种常用的制备纳米阵列的方法，具有操作简单、可控性好等优点，在材 料科学、生物医学、能源等领域具有广泛的应用前景。本次演示旨在对硅基AAO 模板法制备纳米阵列的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究人员提供参考。
硅纳米线径向p-i-n结电输运特性研究
硅纳米线径向p-i-n结电输运特性研究在光伏太阳能电池中，对于提高载流子的收集效率和光转换效率，硅纳米线径向p-i-n结是一种非常有潜力的结构。
然而，迄今为止，论文中报道的本征层厚度均小于50 nm，在此厚度下，本征层作为载流子主要收集区域的作用并未凸现出来。
在本文中，采取浓度为1016~1020 /cm3的杂质掺杂，以增厚的本征层（150 nm）为前提，利用泊松方程得到硅纳米线径向p（核区）-i（夹层）-n（壳层）结不同区域的电场及电势分布。
计算结果显示，p区和n区的电场分布是不均匀的，且随着本征层半径的增大，电场逐渐降低。
对于核区半径为50 nm的p-i-n结，当杂质浓度低于1017 /cm3时，核区被完全耗尽。
随着杂质掺杂浓度的增加，耗尽层厚度逐渐降低，本征区载流子的漂移速度逐渐增大并趋于饱和。
从电场强度、耗尽层厚度、载流子漂移速度三方面得到杂质最佳掺杂浓度为1018 /cm3。
通过比较本征层载流子的渡越时间和寿命，确定了材料允许的最大缺陷浓度。
关键词：径向p-i-n结，电场强度，耗尽层，漂移速度，最佳掺杂浓度第一章绪论1.1 引言目前，基于径向纳米线独特的光、电学性质，径向纳米线太阳能电池的高效光管理研究已经成为普遍重视的课题[1-6]。
相比于传统的平面pn结器件，径向纳米线阵列可以使光的吸收过程和载流子的分离过程相互独立，有利于实现低质量材料的应用，降低成本。
并且，在光学结构（阵列周期、直径、形状等）优化的情况下[7-9]，纳米线阵列表现出较高的光管理能力，如较高的抗反射性。
纳米线阵列优异的光吸收特性已经被实验所证明[10,11]。
然而，在纳米线生长过程中，由于重n/p型的掺杂、催化剂（Au）的使用，掺杂区产生了大量的复合中心，载流子的收集效率仍然较低。
其解决办法之一为在pn结中引入本征层，使载流子的收集区域从p/n区转移到本征区。
虽然有论文[12-14]对径向纳米线p-i-n结的性能进行了分析，但由于本征层较薄（<50 nm），对于载流子的收集其并没有起到很好的作用。
硅纳米线研究进展概述
影 响， 硅纳米线的拉曼峰值相对单 晶硅有红移 ， 同时呈 现 出明显
的不对称 。Ｒ ｎ ｐｎ ｎ ｏｇ— ｉ Ｗａｇ等 比较 了不 同直径硅 纳米 线的 ｇ 拉曼特征后发现随着硅纳米线直径 的减 小 ， 拉曼 峰移 向低频带 ，
并且发生 了低频 不对称 宽化 。激光 辐射发 热 、 压应 力 和声子 限 制效应都能 使拉 曼峰频 移。Ｍ． ． ｏ ｓ ｎｉｏｉ Ｊ Ｋ ｎｔ ｔ ｖ ａ ｎ ｃ等 研究 了硅 纳米线 的量子限 制效应 与非谐 性之 间的关 系 ， 现用激 光加 热 发 硅纳米线阵列 的部分 区域 ， 会导致 一阶拉曼峰发 生位移 和加宽 ，
第４ ０卷第 ８期
２１ ０ ２年 ４月
广
州
化
工
Ｖｏ ． １４０ Ｎｏ． ８ Ａｐ ｌ ２ ２ ｉ ｒ ． ０１
Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔ ａ ｇ ｈ ｕ Ｃ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｓｒ ｙ
硅 纳 米 线研 究 进 展概 述 术
郑红梅 顾 家祯 袁志 山 ， ，
１ ４
广
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２１ ０ ２年 ４月
中含有该金属元素 ， 导致 纳米 线不 纯。
除 了受 硅 纳 米 线 结 构 的影 响 ， 纳 米 线 的 电学 特 性 也 取 决 硅
２ 拉 曼 特 征
受 到脆 弱 的结 构 形 态 、 子 限 制 效 应 、 面 氧 化 层 和 加 热 的 声 表
于其化学成分 。裴立宅等 发现对硅纳米线进行掺杂或减小硅 纳米线的直径可提 高载流 子浓度 及迁移 率 、 场发射 和 电子输 运
性能 。Ｐｎ ｉ 等” ｉ Ｘ ｅ 引发 现掺杂 物在径 向分布不 均匀 ， 取决 于 ｇ 这 纳米线直径。Ｃ ｎ ａｅＫ．Ｃ ａ ａｄｃ ｈｎ等 对 刚制备 出的纳 米线进 行 锂化。锂化前 ， 新的纳米线 的电阻 为 ２ ｉ， ５ｋ） 电阻率 为 ０ ０ ・ ． ２ｎ ｃ 锂化之后电阻为 ８Ｍ ｔ电阻率为 ３ｎ ・ ｍ， ｍ， ｆ， ｃ 电子输送特 性发 生巨大变化。ｚ Ｙ Ｚ ａｇ等 研究发现 了硅纳米线 掺杂 状态 ．一 ｈｎ 和表面悬挂键 之间一 种新 的物理耦 合关 系 ， 而 打开新 的机 遇 从 来发展纳米 自旋电子学 。
【国家自然科学基金】_硅纳米线_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 纳米线 锂离子电池 针尖状 选择性生长 负极材料 谐振器 蒙特卡洛 碳纳米管 碳化硅 硅纳米线 硅 直接生长成膜法 电化学性能 热导率 涂膜法 氧化锌纳米线 微机电系统 复合结构 声子 图形化 加速度计 分子动力学 介电电泳 vls生长机理
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
2011年 科研热词 推荐指数 序号 硅纳米线 4 1 静电力 1 2 集成光学 1 3 阵列波导光栅(awg) 绝缘层上硅(soi)纳米线波导 1 时域有限差分(fdtd) 4 电子束曝光 阵列波导光栅(awg) si纳米线波导1 电子束光刻(ebl) 感应耦合等离子(icp)刻蚀 5 阵列波导光栅(awg) 1 6 锗 1 7 蒙特卡洛 1 8 绝缘层上硅(soi)纳米线波导 1 9 绝缘体上硅 1 10 纳米线 1 11 离子液体 1 12 硅纳米晶粒 1 13 硅 1 14 电解 1 15 电沉积 1 16 电子结构 1 17 热整流 1 18 液滴 1 19 模板法 1 20 机理 1 21 方向耦合器 1 22 数字微流芯片 1 23 掺杂 1 24 弹道电流 1 25 弹性常数 1 26 应变硅纳米线 1 27 应力-应变曲线 1 28 变截面 1 29 半导体 1 30 分子动力学 1 31 光纤到户(ftth) 1 32 光学性质 1 33 催化剂 1 34 偏振分束器 1 35 价带结构模型 1 36 二氧化硅 1 37 三向滤波器 1 38 vls机制 1 39 tersoff势 1 40 pecvd 1 41 42 43 44 45
硅纳米线的制备
4.结语
硅纳米线近年来成为了研究热点之一, 并在大量制备硅纳米线的制备技术及生长机 理的研究方面取得了较大的进展。目前制备的硅纳米线直径一般在数纳米至数十纳米之 间, 长度可达到微米级。在取得喜人成果的同时，我们面临的主要问题是大而这些问题近年来在逐步得到解决或 者说取得相应进展。而最终能否将这一新材料广泛用于人类社会的建设当中，还得靠在 座的各位的共同努力，衷心希望我亲爱的老师、同学们，能在以后的科研、学习中，能
目前正在尝试用来制造新一代的“逻辑门”电路、计数器电路等，市场前景最看
好的是用其制造太阳能电池板。一般的单晶硅太阳能电池板在太阳光这的波段的反射
率高达35%，而在试验中，硅纳米线却能是反射率下降至5%以下，可以极大地提高太
阳光的利用率，从而提高太阳能发电的效率。作为一种新材料，在具有极大市场和研
究潜力的情况下，它的生产制备却是一个不小的问题。接下来，我们来了解一下它的 制备方法。
2.制备方法
针对这种新材料，科学家们发现了很多种不同的制备方法，例如激光烧蚀法、
气相沉积法、热蒸发法、溶液法、硅衬底直接生长法、电化学法等等，但这些方法 在实验室中虽然能够成功的制备出硅纳米线，但在实际的工业生产中，都有或多或 少的问题。例如，激光烧蚀法作为首先能够大量制备硅纳米线的方法, 具有工序简 单, 产品产量较大、纯度高、直径均匀等特点, 但设备昂贵, 产品成本较高;化学气 相沉积法则在生产设备成本上降低较多, 但直径分布范围较大 , 纳米粒子链状纳米 线所占比例增大。针对这种现象，近年来，科学家开始研究一种名为 MACE，即金属
的快，因此 AAO 孔所在处刻蚀慢，形成 SiNWs 阵列。
3.相关影响因素
在 CMACE 法制备硅纳米线阵列过程中，通过氧刻参数与聚苯乙烯球直径来控制硅
新能源翻译
当使用标准假设时，由于栅极电容的不确定性，表面耗尽的影响，以及非均匀掺杂分布，提取的流动性和载流子浓度值会有很大的误差。
Khanal和吴（67）使用有限元法（FEM）模拟表明，当在平面模型上使用电容时，流动性的测量会有两个到十个误差的存在。
小直径的薄背栅氧化物（67）低掺杂的纳米线会有更大的误差。
锗纳米线的顶端栅极电容的测量结果表明，如果使用FEM代替分析模型（68），误差几乎可以消除。
加内特等人（30）使用电容—电流测量法，能提取径向载流子浓度剖面和硅纳米线的表面密度。
其中符合扩散模拟，平面空着样品和表面密度的文学价值。
这是个令人鼓舞的结果，因为这意味着，适当的表面钝化，可以使纳米线太阳能电池的表面复合能够达到和平面单元格相同低的水平（每单位面积）。
这个结果也表明，直径小于100nm和掺杂水平接近1 × 1017 cm−3的非钝化的纳米线可以很容易的表面状态完全的耗尽（69）。
这有个必须考虑的问题—非门的电导率测量可采样的纳米线体积只有一小部分，从而导致即使使用正确的流动性计算也会得到错误的载流子浓度。
此外，如果纳米线的掺杂分布很多，单载流子浓度值只能给出一个估计的平均值。
上面提到的电流电压测量法虽然能提取径向载流子浓度剖面，但是不能直接确定掺杂分布。
佩雷亚等人（29）用局部电极原子探针（LEAP）显微镜看到在原位掺杂纳米线的径向非均匀掺杂分布。
图五掺杂原子的分布和掺杂纳入途径。
（a）通过掺杂纳入途径示意图（i）催化剂及（ii）表面分解。
（b）磷浓度的锗纳米线的径向情节增长380◦C和磷化氢：GeH41:1,000（三角形）和1:500（正方形）的比率。
插图显示浓度是沿着它的路径衡量。
（c）纳米线截面与面板D对齐（2纳米厚）侧视图。
（d）平均磷浓度[图]沿生长轴。
适应从29参考权限。
版权所有C 2009，麦克米伦。
图五显示了增强的表面掺杂浓度和拟定的机制，与含磷的结合通过非催化的效果比催化的更有效。
MaCE法下硅纳米结构影响因素综述
MaCE法下硅纳米结构影响因素综述作者：王志权来源：《山东工业技术》2019年第01期摘要：近年来，国内外学者对硅纳米线的制备方面进行了一系列的研究，得出了很多建设性的成果。
本文对现行最流行的金属辅助化学刻蚀法（Metal-assisted chemical etching-MaCE）进行了研究。
主要研究了金属催化剂（类型、形状、距离）和单晶硅特性（硅衬底方向、掺杂水平）对单晶硅纳米结构的形貌及刻蚀速率的影响进行了综述。
关键词：金属辅助化学刻蚀法;金属催化剂;单晶硅特性;形貌结构;刻蚀速率DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.01.0690 引言硅纳米线具有突出的表面效应，量子限域效应、热稳定性等特殊性质，使其在微电子、光电子、MEMS 器件、能量转换与存储以及生化传感等领域获得广泛应用，具有巨大的应用发展情景，越来越受到人们的广泛关注。
MaCE法属于微电化学反应已经达成共识。
其主要为HF-H2O2-贵金属（Ag、Au）等组成的化学反应体系[1]，因此，影响硅纳米结构的因素众多。
本文将在金属催化剂、单晶硅本身特性等两个方面综述其对制备单晶硅纳米结构的影响。
1 金属催化剂对制备的影响MaCE中使用的催化剂决定了氧化剂H2O2的还原速率。
通常，贵金属催化剂的MaCE方法的速率遵循如下顺序：Pd> Pt> Au> Ag[2]。
1.1 金属类型对制备的影响通常，如果隔离的金属颗粒用于金属辅助化学蚀刻，则蚀刻结构的形态随贵金属的类型而变化。
对于分离的Au或Ag颗粒，在蚀刻之后会在Si衬底形成直孔。
但是，由于在蚀刻期间金属颗粒的随机运动，Pt颗粒通常形成螺旋孔，并且导致弯曲的孔没有均匀的蚀刻方向。
除对纳米结构形态有影响外，特定类型的贵金属也影响蚀刻速率。
Pt的蚀刻速率远高于Au的蚀刻速率。
此外，蚀刻到Si衬底中的孔或线结构通常被具有Pt的多孔层包围，这对于Ag或Au来说不那么明显。
硅纳米线阵列论文：硅纳米线阵列氧化镍复合超级电容器气敏性
硅纳米线阵列论文：硅纳米线阵列氧化镍复合超级电容器气敏性【中文摘要】硅基纳米复合体系不仅拥有硅纳米材料的诸多特性,同时还综合了复合体系中各组分材料的相关性质,因而具有更为卓越的综合性能。
硅基纳米复合材料的种类繁多,目前科学工作者对它们中的某些特定体系的性能也有了较为深入的研究。
在硅基纳米复合体系中,硅纳米线有序阵列与金属氧化物的复合体系虽然已经开始研究,但是报道并不多见。
氧化镍是一种p型半导体材料,其化学性能稳定,物理性能优良,环境友好度高,价格低廉且易于产业化,在超级电容器及气敏性器件等方面拥有广阔的应用前景。
本文选择了氧化镍材料与硅纳米线有序阵列进行复合,制备出了氧化镍-硅复合纳米线阵列,并研究了该复合结构在超级电容器和气敏性元件方面的性能,具体研究内容如下:1.以四种不同型号的n型硅片为原材料,通过银离子催化腐蚀法制备了硅纳米线阵列结构。
以制备的硅纳米线阵列结构为模板,化学镀覆镍层,然后在空气中,350 oC与450 oC条件下退火1 h,获得了氧化镍-硅复合纳米线阵列。
对样品进行相关表征,结果表明:（1）硅纳米线阵列的生长方向与硅片的晶向相同,硅纳米线的直径与硅片的电阻率相关,且电阻率越大,硅纳米线的直径越大。
（2）以n （100）,电阻率为110Ω·cm型号硅片制备出的氧化镍-硅复合纳米线阵列取向性最优。
该结构中,硅纳米线垂直于硅基底,纳米线长度为45μm,直径在30300 nm之间;（3）氧化镍-硅复合纳米线阵列结构中,氧化镍颗粒的平均晶粒尺寸与退火温度有关,当退火温度350℃时,晶粒尺寸约为13 nm,450℃时为16 nm。
2.将不同温度下退火得到的氧化镍-硅复合纳米线阵列制备成电极进行电化学性能测试,包括循环伏安曲线测试,恒电流充放电测试,交流阻抗测试。
测试结果表明:氧化镍-硅复合纳米线阵列具有良好的循环性能,较高的比电容和较低的内阻。
在放电电流为2.5 mA时,最大比电容可达到787.5 F·g-1,经过500次充放电循环后,其电容量损失仅为4.0 %;其等效内阻为3.1Ω。
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1.自下而上
• 目前，“自下而上”的制备方法，主要是化学气相沉积法 (Chemical Vapor Deposition，CVD)与有序排列技术相结合。 • CVD法是利用气态或蒸气态物质在气相或气固界面上反应生长 固态沉积物的方法。该法直接在衬底上生长的硅纳米线是杂乱的， 需要结合有序排列方法或技术实现有序SiNWs阵列的制备。例 如，CVD与模板法结合。 • 模板在纳米线生长过程中起到了限定纳米线的直径、生长位置和 生长方向的作用。
SiNWs阵列的应用
• 光电探测器 • 光电化学太阳能电池 • 光解水制氢等光电领域
硅纳米线阵列的制备
• 近年来袁为制备有序的SiNWs阵列，研究者先后开发出多种制备方 法，这些方法大体上可分为两类： “自下而上”(bottom-up)和“自上而下”(top-down)。
• 前者是从原子或分子出发控制组装成SiNWs阵列；而后者则是从体 硅(硅片)出发，经化学刻蚀制得。
内容
• 1.硅纳米线
• 2.硅纳米线阵列
• 3.SiNWs阵列的应用
• 4.SiNWs阵列的制备 • 5.SiNWs阵列的局限性
硅纳米线
一维硅纳米线是重要的纳米光电材料之一。 由于尺寸的减小，硅纳米线出现了量子限域 效应 、非定域量子相干效应、非线性光学效 应及库仑阻塞效应。 硅纳米线的这些特殊性质，使其在微/纳 光电子器件中具有巨大的应用价值。例如， 可用于高性能场效应晶体管、单电子探测器 和场发射显示器件等纳米器件的制备。
两步法主要步骤
• 硅片的清洗和硅片表面H终端化：用HF 浸泡硅片，使硅片表面形成Si—H键； • 硅片表面沉积金属Ag颗粒：H终端化的 硅片浸入到HF和AgNO3的混合溶液中， 在硅片表面沉积不连续的Ag颗粒薄膜； • 化学刻蚀硅片：将沉积了Ag颗粒的硅片 浸入到刻蚀液中进行刻蚀，硅片表面上 有Ag颗粒覆盖的位置将被逐渐刻蚀下去， 没有Ag颗粒的位置保持原样； • 稀硝酸溶解除去Ag颗粒。
硅纳米线阵列
参考文献
• 1. 刘莉, 曹阳, 贺军辉, 等. 硅纳米线阵列的制备及其光电应用[J]. 化 学进展, 2013, 25(0203): 248-259. • 2. 蒋玉荣, 秦瑞平, 蔡方敏, 等. 硅纳米线阵列的制备及光伏性能[J]. 硅酸盐学报, 2013, 41(1): 29-33.
总结
主要从“自下而上”和“自上而上”两类阐述了SiNWs阵列的制备 方法，其中，详述了目前使用最为广泛的金属催化化学刻蚀法制备 SiNWs阵列的步骤、原理、可控因素等最新进展。
模板辅助的CVD法
• 先利用电子束蒸发法在Si表面镀一层Al膜并通过阳极氧化形成多 孔结构； • 而后用磷酸除去Si表面的SiO2层； • 再在孔道内无电沉积 Au粒子作为催化剂； • 最后利用超真空CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积) 法分解硅烷气体，生长出了SiNWs阵列。
硅纳米线阵列
硅纳米线阵列(silicon nanowires arrays，简称SiNWs) 是由众多的一维硅纳米线垂直于基底排列而成的，SiNWs 阵列与硅纳米线之间的关系如同整片森林与单棵树木一样， 它除了具有硅纳米线的特性外，还表现出集合体的优异性 能：SiNWs阵列独特的“森林式”结构，使其具有优异的减 反射特性，在宽波段、宽入射角范围都能保持很高的光吸 收率，显著高于目前普遍使用的硅薄膜。
SiNWs阵列的局限性
SiNWs阵列在光电领域应用时也有其局限性。例如，在常规的太阳 能电池中，SiNWs阵列结构在提高光吸收率的同时却降低了光电转换 效率，其效率甚至低于体硅太阳能电池。这是因为SiNWs阵列较大的 比表面积导致了大量的表面缺陷，使得载流子的复合速率显著增大。 此外，由于SiNWs阵列表面易被腐蚀，导致SiNWs阵列器件的稳定性 和寿命降低。 为了克服SiNWs阵列自身的缺陷，近年来SiNWs阵列表面修饰的 研究成为热点。
ห้องสมุดไป่ตู้ 2.自上而下
• 传统的“自上而下”制备硅纳米线的方法中，如激光烧蚀法，热蒸发 法，溶液法及电化学法等虽能成功制备出大量的硅纳米线，却很难制 备出有序排列的SiNWs阵列。 • 目前，“自上而下”制备有序 SiNWs阵列的主要方法是朱静课题组 首创的金属催化化学刻蚀法，该法在常温常压、金属纳米粒子的催化 作用下，利用刻蚀剂刻蚀硅片，简单、快速地制备出大面积、高取向 的SiNWs阵列且不受硅片晶型和晶向的限制。 • 金属催化化学刻蚀法按照制备过程可分为一步法和两步法。一步法是 将沉积金属纳米粒子与刻蚀过程同步进行，一步反应制得SiNWs阵列； 两步法则是将沉积金属纳米粒子与刻蚀过程分开进行。其中，两步法 使用较为广泛。