单晶硅纳米阵列的制备及其应用(2)
1 绪论
1.1 引言
当今电子工业成为世界上最大的工业，渗透到各行各业和领域，所有高等仪器和设备都离不开电子电路系统，伴随着仪器和设备智能化的提高，对于设备的集成化程度要求越来越高。硅纳米线经过数年的研究已经取得了很大进展，通过不同的表征手段研究了硅纳米线的结构、结晶形态、纳米线中的掺杂元素及其光致发光、场发射及电子输运等性能，为实现硅纳米线的应用奠定了必要的理论、实验基础。在应用方面也取得了一定的进展，例如硅纳米线在一定温度时存在库仑阻塞现象，利用此现象制得了有实际应用的单电子器件等，为实现单电子器件的高集成、超小型化开辟了一条新思路；利用硅纳米线的电子输运性能并进行适当的表面修饰就可以实现具有不同检测性能的传感器，这种基于一文纳米材料电学输运性能变化的传感器可能会成为对化学、生物领域的多种物质进行高灵敏、高选择性检测的新技术。在这里需要指出的是掺杂研究是硅纳米线的一个主要研究方向，也是实现硅纳米线器件的重要手段，硼、磷等元素的掺杂可以改善硅纳米线中的载流子浓度及半导体类型，可以明显提高硅纳米线的电子输运、场发射等性能，同时由于硼、磷是目前制备硅基微电子集成电路的主要掺杂元素，而硅纳米线本身就是一种硅材料，较易与现有微电子工业制备工艺相兼容，很有希望成为纳米传感器等纳米电子器件的潜在应用半导体材料。
电子电路的集成化依赖于器件的微型化，主要是依赖于半导体集成电路的发展。目前的半导体工艺的目标是使半导体器件向纳米级发展。目前集成电路的尺寸已经达到100nm以下，由于器件进入纳米尺寸以后，其物理性质完全不同于宏观物体，量子效应将起到明显的作用，这就要求在实际中采用完全不同的实验手段和量子物理理论对半导体材料进行研究。
器件要向纳米领域发展依赖于对新型的纳米半导体材料的研究，其中一文半导体材料成为人们研究的重中之重。从20世纪90年代以来，多孔硅由于其在一些应用中潜在的利益，如光学中的发光材料，生物学中骨骼的生长介质，在化学中气体和湿度传感器，细微加工中表层结构，都在紧张的调查中。在HF溶液中的阳极电化学溶解是众所周知的，并且是应用最广的技术，形成多孔硅纳米线。在HF和HNO3的混合物的污垢刻蚀多孔Si也可以通过以下方式获得。
最近，一种新的方法提出基于金属辅助刻蚀形成多孔硅光子，光伏或扩散膜应用。这一技术还被建议生产大面积的硅纳米线阵列，用于合成氮化镓或多孔硅碳化物。在Si表面的金属颗粒或薄膜沉积，化学刻蚀，以提高Si的溶解。通过各种技术，如溅射，热蒸发，电化学沉积或无电沉积在HF溶液进行此金属化。金属化后，在Si样品含有HF和氧化剂的溶液中进行刻蚀，常用的氧化剂是过氧化氢。
虽然大量的工作一直致力于辅助金属硅的化学刻蚀，在刻蚀过程中的刻蚀液组合物的影响还没有被研究。在这里，我们提出了HF - H2O2溶液与银纳米粒子作为催化剂剂通过化学刻蚀形成的多孔硅。刻蚀槽相对组成的变化，以揭示不同解散制度。我们发现，水浴刻蚀组合物对于第一次抛光的Si的形成和形态有重大的影响。这项工作的目的是为了突出辅助金属在硅刻蚀的孔隙形成中有各种潜在的应用，以确保更好地控制所涉及的机制。
1.2 硅纳米线及其物理特性
1.2.1 硅纳米线概述
单晶硅材料为间接带隙，禁带宽度为1.12eV，只能发射微弱的红光，限制了其应用范围。而硅纳米线为直接带隙[1]一文纳米材料，禁带宽度为3.89eV，线体直径一般为10nm左右。其内晶核为单晶核，外鞘包裹着一层SiO2。在量子限制效应的作用下使得硅纳米线具有区别于体材料的物理性质。硅纳米线可以量子发光，有悬挂键密集的分布在其表面，使大量的气体分子和生物分子能够被吸附在其表面。库伦阻塞效应的影响，使其可被制成单电子器。此外，由于其本身的光学、电学性质以及半导体所特有的性质，使得硅纳米线成为纳米科技的研究热点。
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