[发明专利]一种Si-ITO复合纳米线有序阵列的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于半导体材料技术领域，特别涉及一种Si-ITO(硅-氧化铟锡)复合纳米线有序阵列的制备方法。

【背景技术】

一维纳米线具有大的比表面积、良好的组装性能及微观一维结构等特性，在生物传感、太阳能电池、生物载药等领域中有广泛的应用前景，并逐步发挥生力军作用。复合纳米线由于本身具有两种或者两种以上一维纳米材料的物理化学特性，而且具有可调控一维特性，在光学、催化、吸附、探测等领域应用广泛，因此合成复合纳米线是近年来材料领域的一个研究热点。

具有一维结构的Si纳米线材料在场发射器件、单电子存储器件、高效率激光器、纳米传感器以及太阳能电池等光电子器件中具有重要的实际应用。ITO材料是一种宽禁带半导体材料(带隙为3.5-4.3eV之间)，在光电子领域有重要应用，其一维形态具有增强场发射性质以及在气体传感器方面的高灵敏度。Si-ITO结构除了具有实现光电子集成的优点外，还具有制备方便、比例可调控等特点。硅材料与ITO纳米材料的无缝结合形成异质结构，在纳米器件实用化方面具有极其重要的作用。现有技术在Si纳米线上生长的多为ZnO(氧化锌)纳米结构，而生长的ITO材料均为薄膜结构，目前尚无关于Si-ITO复合纳米线有序阵列合成的报道。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种Si-ITO复合纳米线有序阵列的制备方法，直接在Si纳米线上生长ITO纳米线，实现两种纳米线的无缝结合。本发明通过利用PS(聚苯乙烯)小球做掩模，干-湿刻蚀方法相结合刻蚀出Si纳米线，再利用电子束蒸镀的方式，直接在Si纳米线上生长ITO纳米线。可以通过控制PS小球掩模的大小，实现刻蚀Si纳米线的直径的调控，进而来调控整个复合纳米线的直径；利用不同的刻蚀的时间和蒸镀时间，可以调控复合纳米线中Si与ITO的比例。该复合纳米线在纳米晶太阳能电池、纳米传感器以及场发射显示方面极具应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Si-ITO复合纳米线有序阵列的制备方法，包括以下步骤：首先在清洁的单晶硅片上利用干-湿法刻蚀相结合刻蚀出规整有序的Si纳米线阵列，然后利用电子束蒸镀ITO的方式，根据自催化原理，生长ITO纳米线，实现Si纳米线与ITO纳米线的无缝结合，获得Si-ITO复合纳米线有序阵列。

本发明进一步的改进在于：在清洁的单晶硅片上利用干-湿法刻蚀相结合刻蚀出规整有序的Si纳米线阵列的步骤具体为：在清洁的单晶硅片表面进行PS小球自组装成单层膜，作为刻蚀掩模；通过ICP刻蚀机用氧气对PS小球进行刻蚀150-200s，之后在PS小球掩模之上，蒸镀一层厚度20-40nm的金属银，然后浸泡于氯仿中超声条件下去除掉PS小球掩模；再对硅衬底进行银诱导刻蚀，再将其浸泡在浓硝酸中去除金属银，之后放入去离子水中超声清洗，氮气吹干，完成Si纳米线阵列的制备。

本发明进一步的改进在于：生长ITO纳米线的步骤具体包括：将制备完成的Si纳米线阵列的单晶硅片放入电子束蒸镀腔中，有Si纳米线阵列的一面对着ITO靶材；进行腔体内抽真空，同时进行腔体加热；然后沉积ITO，完Si-ITO复合纳米线有序阵列的制备。

本发明进一步的改进在于：单晶硅片的清洁包括以下步骤：将单晶硅片浸泡于氯仿溶液中超声清洗，然后再放入去离子水中超声清洗，之后氮气吹干；然后在浓度为10％的氢氟酸中浸泡，之后在用去离子水超声清洗，氮气吹干，完成单晶硅片的清洗。

本发明进一步的改进在于：PS小球的直径为200-800nm。

本发明进一步的改进在于：采用氢氟酸和双氧水按10:1配置的刻蚀液对硅衬底进行银诱导刻蚀，刻蚀时间为3-5分钟。

本发明进一步的改进在于：腔体内抽真空后的压力<5×10^-4Pa，腔室温度稳定在300℃。

本发明进一步的改进在于：ITO沉积速率为0.08-0.1nm/s，沉积时间为15-50分钟。

本发明进一步的改进在于：金属银的蒸镀电流为115A，蒸发速率为蒸发腔压为7×10^-4Pa。

本发明进一步的改进在于：Si纳米线与ITO纳米线表面附着有ITO颗粒。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明中，采用刻蚀规整有序的Si纳米线，使其作为ITO纳米线生长的基底，利用自催化的方式，生长出与Si纳米线尺寸一致，规整有序的ITO纳米线。实现Si纳米线与ITO纳米线的无缝拼接，制备成一种有序阵列的Si-ITO复合纳米线。