大面積硅納米尖端陣列的制備、表征及性能研究.pdf

1、由于一維納米線、納米管或者納米尖端具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)特性，所以這幾十年來(lái)它們備受關(guān)注。碳納米管的成功合成激發(fā)了人們對(duì)納米材料特別是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)（比如硅、氧化鋅等等）的研究興趣。硅在地球上含量很豐富，同時(shí)性質(zhì)也很穩(wěn)定無(wú)毒性，是目前半導(dǎo)體行業(yè)最重要的材料之一。所以硅的納米材料，尤其是硅納米線（SiNWs）被廣泛用作制備高性能器件（比如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、能量轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存器件以及生物化學(xué)傳感器等）中最重要的納米級(jí)基礎(chǔ)模塊。鑒于目前已有的SiNWs制

2、備技術(shù)與應(yīng)用研究的不完善（比如造價(jià)昂貴、設(shè)備復(fù)雜等困難），本課題的目的是采用簡(jiǎn)單的、成本低廉的方法進(jìn)一步完善其尖端陣列的制備技術(shù)、反應(yīng)機(jī)理以及應(yīng)用研究。
　　1.創(chuàng)新性地提出了一種將銀鏡反應(yīng)與金屬催化化學(xué)刻蝕（MCEE）相結(jié)合的新的大面積硅納米尖端陣列的制備方法，成功地在室溫附近制備出了大面積整齊的硅納米尖端陣列。硅納米尖端陣列的長(zhǎng)度為4-7μm左右，中間部分的直徑在100-300 nm之間。與其它的刻蝕方法不同的是，我們是首先通

3、過(guò)銀鏡反應(yīng)在硅片上沉積一層厚度大約在50-100 nm之間的銀納米顆粒，然后再將此硅片放入HF-H2O2溶液中進(jìn)行刻蝕，最后就得到了大面積垂直排列整齊的硅納米尖端陣列。該方法操作簡(jiǎn)單高效、無(wú)毒可控以及低成本，且不需要高溫、復(fù)雜的設(shè)備，對(duì)環(huán)境也沒(méi)有特殊要求。
　　2.研究了各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)銀納米顆粒和硅納米尖端陣列微觀形貌的影響，獲得了最優(yōu)的合成參數(shù)為：銀鏡反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為：50和1 min，刻蝕時(shí)間：60 min。還研究了刻蝕時(shí)間

4、對(duì)硅納米尖端陣列深度的影響，隨著刻蝕時(shí)間的增加其深度也會(huì)越來(lái)越大，然后還研究了硅納米尖端陣列的形成機(jī)理。
　　3.初步研究了硅納米尖端陣列在場(chǎng)發(fā)射器件上的應(yīng)用，得到了以下結(jié)果：硅納米尖端陣列能夠有效實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射，對(duì)應(yīng)于10μA/cm2的電流密度時(shí)的開(kāi)啟電場(chǎng)約為2.7 V/μm；硅納米尖端陣列的場(chǎng)增強(qiáng)因子約為692。同時(shí)，還研究了硅納米尖端陣列的吸收特性曲線，其具有極低的反射率（在300-800 nm這個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)<10％），其透