• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      MaCE法下硅納米結(jié)構(gòu)影響因素綜述

      2019-02-08 13:02:24王志權(quán)
      山東工業(yè)技術(shù) 2019年1期

      王志權(quán)

      摘 要:近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)硅納米線的制備方面進(jìn)行了一系列的研究,得出了很多建設(shè)性的成果。本文對(duì)現(xiàn)行最流行的金屬輔助化學(xué)刻蝕法(Metal-assisted chemical etching-MaCE)進(jìn)行了研究。主要研究了金屬催化劑(類型、形狀、距離)和單晶硅特性(硅襯底方向、摻雜水平)對(duì)單晶硅納米結(jié)構(gòu)的形貌及刻蝕速率的影響進(jìn)行了綜述。

      關(guān)鍵詞:金屬輔助化學(xué)刻蝕法;金屬催化劑;單晶硅特性;形貌結(jié)構(gòu);刻蝕速率

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.069

      0 引言

      硅納米線具有突出的表面效應(yīng),量子限域效應(yīng)、熱穩(wěn)定性等特殊性質(zhì),使其在微電子、光電子、MEMS 器件、能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)以及生化傳感等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,具有巨大的應(yīng)用發(fā)展情景,越來越受到人們的廣泛關(guān)注。

      MaCE法屬于微電化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。其主要為HF-H2O2-貴金屬(Ag、Au)等組成的化學(xué)反應(yīng)體系[1],因此,影響硅納米結(jié)構(gòu)的因素眾多。本文將在金屬催化劑、單晶硅本身特性等兩個(gè)方面綜述其對(duì)制備單晶硅納米結(jié)構(gòu)的影響。

      1 金屬催化劑對(duì)制備的影響

      MaCE中使用的催化劑決定了氧化劑H2O2的還原速率。通常,貴金屬催化劑的MaCE方法的速率遵循如下順序:Pd> Pt> Au> Ag[2]。

      1.1 金屬類型對(duì)制備的影響

      通常,如果隔離的金屬顆粒用于金屬輔助化學(xué)蝕刻,則蝕刻結(jié)構(gòu)的形態(tài)隨貴金屬的類型而變化。

      對(duì)于分離的Au或Ag顆粒,在蝕刻之后會(huì)在Si襯底形成直孔。但是,由于在蝕刻期間金屬顆粒的隨機(jī)運(yùn)動(dòng),Pt顆粒通常形成螺旋孔,并且導(dǎo)致彎曲的孔沒有均勻的蝕刻方向。除對(duì)納米結(jié)構(gòu)形態(tài)有影響外,特定類型的貴金屬也影響蝕刻速率。Pt的蝕刻速率遠(yuǎn)高于Au的蝕刻速率。此外,蝕刻到Si襯底中的孔或線結(jié)構(gòu)通常被具有Pt的多孔層包圍,這對(duì)于Ag或Au來說不那么明顯。蝕刻速率差異的一個(gè)可能原因是由于這些貴金屬的催化活性差異,為減少Si襯底上的H2O2,具有更高的催化活性的催化劑,會(huì)導(dǎo)致注入更多的空穴,并且使空穴從蝕刻前沿?cái)U(kuò)散到蝕刻結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的可能性增加,因此有利于在蝕刻結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成微孔結(jié)構(gòu)。

      1.2 金屬形狀和金屬之間的距離對(duì)制備的影響

      金屬催化劑的形狀通常限定了所得蝕刻結(jié)構(gòu)的形態(tài),因?yàn)榻饘俅呋瘎┫碌腟i比沒有金屬覆蓋的Si蝕刻得快得多。

      如果貴金屬顆粒分離良好,通??梢垣@得明確的孔隙結(jié)構(gòu),但隨著貴金屬顆粒之間的距離減小,蝕刻的結(jié)構(gòu)可能會(huì)從孔隙演變?yōu)楸跔罨蚓€狀結(jié)構(gòu)。不連續(xù)的貴金屬薄膜將導(dǎo)致壁狀或線狀結(jié)構(gòu),并且這些結(jié)構(gòu)具有較寬的橫截面形狀和間距分布。如果金屬薄膜上分布著均勻直徑和橫截面形狀的的孔,則會(huì)在Si襯底蝕刻成具有相同橫截面形狀和至今的Si納米線陣列。而且,金屬催化劑顆?;蛸N片之間的距離強(qiáng)烈地影響蝕刻結(jié)構(gòu)的形態(tài)。通過真空中的物理氣相沉積法沉積的沉金屬薄膜的厚度影響蝕刻結(jié)構(gòu)的形態(tài)。隨著厚度的增加而變化,從孤立的顆粒或貼片到具有孔的連續(xù)膜,最后到?jīng)]有孔的連續(xù)膜。

      2 單晶硅特征對(duì)制備的影響

      2.1 硅襯底方向?qū)χ苽涞挠绊?/p>

      早期的實(shí)驗(yàn)證明,實(shí)際上,在(100)和(111)方向的硅襯底中,蝕刻沿垂直方向進(jìn)行。然而,后來發(fā)現(xiàn)在(111)和(110)襯底中發(fā)生了非垂直蝕刻,并制備了傾斜的Si納米結(jié)構(gòu)。金屬輔助化學(xué)蝕刻法制備的非垂直Si納米結(jié)構(gòu)(即在某些優(yōu)選方向上的各向異性蝕刻)歸因于背鍵斷裂理論[3]。為了在襯底表面上氧化或溶解Si原子,必須破壞連接到下面原子的表面原子的背鍵。背鍵強(qiáng)度越大,去除表面原子就越困難。表面上Si原子的反鍵鍵合數(shù)由基板的取向決定。在(100)方向上的硅襯底的表面上的每個(gè)原子具有兩個(gè)背鍵,而(110)或(111)方向的硅襯底的表面上的原子具有三個(gè)背鍵。由于不同的背鍵強(qiáng)度,(100)表面平面上的Si原子最容易被去除,所以蝕刻優(yōu)先沿<100>方向發(fā)生。

      2.2 硅襯底摻雜類型對(duì)制備的影響

      很多研究已經(jīng)證明蝕刻速率與Si襯底的摻雜類型或摻雜水平之間存在關(guān)系。Li[4]等人發(fā)現(xiàn)在相同條件下,p +(0.01-0.03Ωcm)Si襯底上的Au覆蓋區(qū)域和p+(1-10Ωcm)襯底上的Au覆蓋區(qū)域在孔徑和蝕刻深度的上存在不同。Cruz[5]等人報(bào)道,在相同條件下,p+(10Ωcm)Si襯底的Au覆蓋區(qū)域中的蝕刻深度是p +(0.01Ωcm)Si襯底的1.5倍。到目前為止,造成具有不同摻雜水平的硅襯底的蝕刻速率不同的原因仍不清楚。相比較輕摻雜Si襯底中孔隙側(cè)壁上的多孔結(jié)構(gòu),高摻雜Si襯底中的多孔結(jié)構(gòu)很可能源于空穴從Si /貴金屬界面處的蝕刻前沿到襯底的擴(kuò)散。

      3 總結(jié)

      本文在MaCE方法的基礎(chǔ)上,詳細(xì)總結(jié)歸納了金屬催化劑類型、金屬催化劑形狀、金屬催化劑之間的距離對(duì)單晶硅納米結(jié)構(gòu)形貌及刻蝕速率等各方面的影響,還總結(jié)歸納了單晶硅特性包括單晶硅襯底方向、單晶硅摻雜類型對(duì)單晶硅納米結(jié)構(gòu)形貌以及刻蝕速率的影響。

      硅納米結(jié)構(gòu)制備涉及到HF-H2O2-貴金屬(Ag、Au)等組成的化學(xué)反應(yīng)體系。對(duì)MaCE法的調(diào)控主要限制于腐蝕體系中化學(xué)因素的研究,雖然控制這些參數(shù)簡(jiǎn)單易行,但是各個(gè)參數(shù)之間受到相互制約。所以,深刻理解各個(gè)參數(shù)對(duì)單晶硅納米結(jié)構(gòu)的影響將對(duì)可控制備單晶硅納米結(jié)構(gòu)提供巨大幫助。

      參考文獻(xiàn):

      [1]Huang Z,Shimizu T,Senz S,et al.Oxidation Rate Effect on the Direction of Metal-Assisted Chemical and Electrochemical Etching of Silicon[J].The Journal of Physical Chemistry C, 2010,114(24):10683-10690.

      [2]Huang Z,Geyer N,Werner P,et al.Metal-Assisted Chemical Etching of Silicon:A Review[J].Advanced Materials, 2011,23(02):285-308.

      [3]Peng K Q,Yan Y J,Gao S P,et al.Synthesis of Large-Area Silicon Nanowire Arrays via Self-Assembling Nanoelectrochemistry[J].Advanced Materials,2002,14(16):1164.

      [4]Li X,Bohn P W.Metal-assisted chemical etching in HF/H2O2 produces porous silicon[J].Applied Physics Letters, 2000,77(16):2572.

      [5]S.Cruz,A.H?nig-dOrville,“Fabrication and optimization of porous silicon substrates for diffusion membrane applications,” J.Electrochem. Soc,2005,152(06)C418.

      子洲县| 荣成市| 达孜县| 漳浦县| 镇赉县| 克什克腾旗| 新郑市| 三门峡市| 隆安县| 陆川县| 黔西县| 漾濞| 永平县| 临沧市| 大理市| 乐昌市| 寿宁县| 浦东新区| 涟水县| 广灵县| 阿克苏市| 镇安县| 梧州市| 泗阳县| 黔西| 桐梓县| 临澧县| 萍乡市| 莱州市| 房山区| 鹤山市| 高碑店市| 塔城市| 沅陵县| 山阴县| 贺州市| 深泽县| 德州市| 绿春县| 涞水县| 靖安县|