硅纳米线阵列

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。
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wk.baidu.com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。
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。
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。
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。
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.
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。
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。
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。