[发明专利]纳米多孔半导体材料及其制造

说明书

描述了用于形成纳米多孔半导体材料的方法。所述方法允许在半导体材料中以窄尺寸分布和超过400:1的纵横比形成亚10nm纳米孔的微尺度阵列。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C§119(e)要求于2016年3月18日提交的美国临时申请序列号62/310,474的权益，其公开内容由此通过引用整体并入本文。

技术领域

本文描述的方面一般地涉及纳米多孔半导体材料和相关方法。

背景技术

纳米多孔半导体材料的生产对于许多当前的和潜在的应用(包括纳滤、热电材料、电池电极、光伏和催化)是重要的。在这些和其他应用的每个中，已经发现具有减小的孔尺寸、减小的孔间间距和增加的孔纵横比的纳米多孔半导体是有利的。然而，尽管纳米制造技术当前取得了进步，但是对于这些设计变量，纳米多孔半导体材料正在接近可及参数空间的极限。

因此，需要改进的方法用于生产纳米多孔半导体材料。

发明内容

本公开内容涉及纳米多孔半导体材料的合成。某些实施方案涉及利用金属辅助化学蚀刻法的合成技术。

在一个实施方案中，用于形成纳米多孔半导体材料的方法包括将多个纳米颗粒布置为靠近半导体基底。多个纳米颗粒中的至少一些纳米颗粒包括贵金属芯和包围贵金属芯的牺牲间隔层。所述方法还包括将包括贵金属芯和包围贵金属芯的牺牲间隔层的纳米颗粒中的至少一部分组装成密堆积阵列(close-packed array)，从多个经组装的纳米颗粒的至少一些纳米颗粒中除去牺牲间隔层的至少一部分以形成多个间隔的贵金属纳米颗粒，以及通过在多个间隔的贵金属纳米颗粒的至少一部分的位置处蚀刻半导体表面在半导体材料中形成多个孔。

在另一个实施方案中，方法包括从布置为靠近半导体基底的多个含贵金属的纳米颗粒中除去牺牲材料的至少一部分以靠近基底形成多个间隔的含贵金属的纳米颗粒的阵列，以及蚀刻靠近阵列的半导体表面以形成纳米多孔半导体材料。

在又一个实施方案中，纳米多孔半导体材料包括半导体材料和形成在半导体材料的表面中的多个孔。多个孔的平均孔直径小于10nm，并且多个孔限定了大于或等于半导体材料的表面积的10％的总孔面积。

在再一个实施方案中，方法包括靠近半导体基底形成多个贵金属岛，以及通过在多个贵金属岛的至少一部分的位置处蚀刻半导体表面而在半导体材料中形成多个孔。

当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新特征将由以下本发明的多个非限制性实施方案的详细描述而变得明显。在本说明书与通过引用并入的文献包括矛盾和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。

附图说明

将参照附图通过实例的方式描述非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单一数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都标记在每个图中，在不需要图示以使本领域普通技术人员理解本发明的情况下，也没有示出本发明的每个实施方案的每个部件。在图中：

图1A是具有滴铸(drop-cast)的裸露50nm金纳米颗粒的晶体Si基底在MACE之前的SEM图像的再现；

图1B是与图1A中所示相似的Si基底在MACE之后的SEM图像的再现。

图1C是常规MACE工艺的示意性表示；

图1D是根据一个实例的具有滴铸的10nm芯SiO₂-AuNP的晶体Si基底在MACE之前的SEM图像的再现；

图1E是与图1D相似的晶体Si基底在MACE之后的SEM图像的再现，示出了根据一个实例的纳米多孔Si材料；

图1F是根据一些实施方案的改进的MACE工艺的示意性表示；