CN103276436A - 一种新型有序纳米多孔硅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型有序纳米多孔硅的制备方法，先将p型单晶硅片进行清洗，再采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅片抛光表面制备多孔硅，施加的电流密度为50～70mA/cm2，腐蚀时间为10～20min。电解液由质量分数为6～10%的氢氟酸水溶液，以及摩尔浓度为1～6mM的高锰酸钾和1～3mM的十二烷基硫酸钠混合而成。本发明的纳米多孔硅兼具高孔隙率和孔道高度有序化的优点，有效改善了传统多孔硅存在的不能同时满足高孔隙率和孔道有序化的不足，使其呈现了更加优异的性能，可大大拓展其在传感器领域的应用范围。
Description
技术领域
本发明是关于多孔硅的制备方法，尤其涉及一种制备新型有序纳米多孔硅的方法。
背景技术
硅基多孔硅是一种在硅片表面通过腐蚀形成的高孔隙率且孔径尺寸可控的多孔性纳米结构材料。因其突出的纳米效应，表现出许多不同于单晶硅材料的物理化学特性：如利用多孔硅的光致发光特性制造光电子器件；利用多孔硅较低的导热率制备绝热层材料；利用多孔硅高比表面积的特点制备生物和化学传感器等。尤其随着近年来微机械加工制造系统的飞速发展，易于与现有硅芯片电路集成技术兼容的多孔硅在微传感器等领域得到了广泛的应用。
目前一般根据多孔硅的孔径尺寸大小将其分为大孔硅(孔径>50nm)、介孔硅(孔径2～50nm)和微孔硅(孔径<2nm)。大孔硅孔道结构高度有序化，具有良好的通透性，容易实现分子快速地输运，应用前景广阔，但因孔隙率相对于介孔硅和微孔硅的急剧降低，致使其在传感器、器件集成等方面的应用受到极大限制。根据以往的研究表明，制备兼具高孔隙率且孔道有序化的大孔硅，有望拓展其在传感器方面的应用前景，但在目前这仍然是一个不小的挑战。
发明内容
本发明的目的，在于克服现有多孔硅不能同时满足高孔隙率和孔道有序化的缺点，提供一种工艺简单，不需要复杂设备,可操作性强，成本低廉的有序纳米多孔硅的制备方法，进而促进多孔硅在传感器等方面的发展。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种新型有序纳米多孔硅的制备方法，具有如下步骤：
(1)硅片清洗：
将p型单面抛光的单晶硅片依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗20分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量分数为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15分钟，除去表面的自然氧化层；再用去离子水冲洗净备用；
(2)制备多孔硅：
采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅片抛光表面制备多孔硅，将硅片置于电解液中进行电化学腐蚀，施加的电流密度为50～70mA/cm2，腐蚀时间为10～20min；
所述电解液由质量分数为6～10%的氢氟酸水溶液，以及摩尔浓度为1～6mM的高锰酸钾和1～3mM的十二烷基硫酸钠混合而成。
所述步骤(1)的单晶硅片为(100)晶向，电阻率为1～5mΩ·cm，厚度为300～500μm。
所述步骤(1)的硅片尺寸为2.4～2.2cm×0.8～0.9cm。
所述步骤(2)的制备的多孔硅平均孔径50～90nm，厚度为10～40μm，孔隙率为60%～85%。
本发明的的新型有序纳米多孔硅兼具高孔隙率和孔道高度有序化的优点，有效改善了传统多孔硅存在的不能同时满足高孔隙率和孔道有序化的不足，使其呈现了更加优异的性能，可大大拓展其在传感器领域的应用范围。
附图说明
图1是实施例1制备的多孔硅表面的扫描电子显微镜照片；
图2是实施例1制备的多孔硅剖面的扫描电子显微镜照片；
图3是实施例2制备的多孔硅表面的扫描电子显微镜照片；
图4是实施例2制备的多孔硅剖面的扫描电子显微镜照片；
图5是实施例3制备的多孔硅表面的扫描电子显微镜照片；
图6是实施例3制备的多孔硅剖面的扫描电子显微镜照片
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明所用原料均采用市售化学纯试剂。
实施例1
（1）硅片清洗：
将电阻率为2mΩ·cm，厚度为400μm，(100)晶向的p型单晶硅片，切割成尺寸为2.4cm×0.9cm的矩形硅基底，依次放入丙酮溶剂、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗20分钟，随后放入质量分数为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15分钟，再用去离子水洗净备用；
（2）制备多孔硅：
利用双槽电化学腐蚀法在硅片的抛光表面制备多孔硅。所用电解液由质量分数为7%的氢氟酸水溶液，以及摩尔浓度为4mM的高锰酸钾和2mM的十二烷基硫酸钠混合而成，施加的腐蚀电流密度为60mA/cm2，腐蚀时间为10min；其中多孔硅形成区域尺寸为1.6cm×0.4cm。
实施例1所制备的多孔硅表面形貌和剖面结构的扫描电子显微镜分析结果如图1和图2所示，表面形貌为均匀的纳米尺寸多边形孔组成的蜂窝状结构，截面形貌为笔直圆柱形高度有序排列的孔道，孔壁较为光滑，并且测得平均孔径为68nm，多孔硅层厚度为18.1μm，孔隙率为76.9%。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤（2）中制备多孔硅的腐蚀电流密度为40mA/cm2。
实施例2所制备的多孔硅表面形貌和剖面结构的扫描电子显微镜分析结果如图3和图4所示，表面形貌为均匀的纳米尺寸多边形孔组成的蜂窝状结构，截面形貌为高度有序排列的孔道，孔壁比较光滑，并且测得平均孔径为61nm，多孔硅层厚度为14.0μm，孔隙率为66.7%。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤（2）中制备多孔硅的腐蚀电流密度为50mA/cm2。
实施例3所制备的多孔硅表面形貌和剖面结构的扫描电子显微镜分析结果如图5和图6所示。表面形貌为均匀的纳米尺寸多边形孔组成的蜂窝状结构，截面形貌为有序排列的孔道，并且测得平均孔径为55nm，多孔硅层厚度为11.2μm，孔隙率为61.5%。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的一种新型有序纳米多孔硅的制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种新型有序纳米多孔硅的制备方法，具有如下步骤：
(1)硅片清洗：
将p型单面抛光的单晶硅片依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗20分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量分数为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15分钟，除去表面的自然氧化层；再用去离子水冲洗净备用；
(2)制备多孔硅：
采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅片抛光表面制备多孔硅，将硅片置于电解液中进行电化学腐蚀，施加的电流密度为50～70mA/cm2，腐蚀时间为10～20min；
所述电解液由质量分数为6～10%的氢氟酸水溶液，以及摩尔浓度为1～6mM的高锰酸钾和1～3mM的十二烷基硫酸钠混合而成。
2.根据权利要求1的一种新型有序纳米多孔硅的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的单晶硅片为(100)晶向，电阻率为1～5mΩ·cm，厚度为300～500μm。
3.根据权利要求1的一种新型有序纳米多孔硅的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的硅片尺寸为2.4～2.2cm×0.8～0.9cm。
4.根据权利要求1的一种新型有序纳米多孔硅的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的制备的多孔硅平均孔径50～90nm，厚度为10～40μm，孔隙率为60%～85%。
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|---|---|
| CN (1) | CN103276436A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103774184A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-05-07 | 南京工业大学 | 一种多孔钨的电解制备方法 |
| RU2568954C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Способ получения пористого кремния со стабильной фотолюминесценцией |
| CN105755528A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-07-13 | 厦门大学 | 用于控制多孔硅腐蚀深度的方法 |
| CN108847383A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-20 | 昆明理工大学 | 一种多孔硅纳米线阵列的制备方法 |
| CN109813776A (zh) * | 2017-11-20 | 2019-05-28 | 天津师范大学 | 中等孔径多孔硅基氧化锌薄膜复合材料气敏传感器及其制备方法和应用 |
| CN111996591A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-27 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0879902A2 (en) * | 1997-05-14 | 1998-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Treating method and apparatus utilizing chemical reaction |
| US20020070121A1 (en) * | 1999-10-22 | 2002-06-13 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Family of discretely sized slicon nanoparticles and method for producing the same |
| CN1396315A (zh) * | 2002-07-04 | 2003-02-12 | 华东师范大学 | 一种多孔硅的阴极还原表面处理技术 |
| US20060144823A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-06 | Kim Young-Hun | Etching solution for D-defect evaluation in silicon wafer and evaluation method using the same |
| CN1807224A (zh) * | 2005-12-27 | 2006-07-26 | 北京大学 | Si基膜纳米孔道及其制备方法 |
| CN1964024A (zh) * | 2006-11-28 | 2007-05-16 | 北京大学 | 一种多孔硅片及其制备方法 |
| CN102953113A (zh) * | 2012-10-19 | 2013-03-06 | 天津大学 | 一种硅基纳米尺寸有序多孔硅的制备方法 |
-
2013
- 2013-06-17 CN CN2013102401276A patent/CN103276436A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0879902A2 (en) * | 1997-05-14 | 1998-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Treating method and apparatus utilizing chemical reaction |
| US20020070121A1 (en) * | 1999-10-22 | 2002-06-13 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Family of discretely sized slicon nanoparticles and method for producing the same |
| US20040197255A1 (en) * | 1999-10-22 | 2004-10-07 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Family of discretely sized silicon nanoparticles and method for producing the same |
| CN1396315A (zh) * | 2002-07-04 | 2003-02-12 | 华东师范大学 | 一种多孔硅的阴极还原表面处理技术 |
| US20060144823A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-06 | Kim Young-Hun | Etching solution for D-defect evaluation in silicon wafer and evaluation method using the same |
| CN1807224A (zh) * | 2005-12-27 | 2006-07-26 | 北京大学 | Si基膜纳米孔道及其制备方法 |
| CN1964024A (zh) * | 2006-11-28 | 2007-05-16 | 北京大学 | 一种多孔硅片及其制备方法 |
| CN102953113A (zh) * | 2012-10-19 | 2013-03-06 | 天津大学 | 一种硅基纳米尺寸有序多孔硅的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A.S. MOGODA, ET AL.: "Characterization of stain etched p-type silicon in aqueous HF solutions containing HNO3 or KMnO4", 《 MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS》, vol. 126, no. 3, 15 April 2011 (2011-04-15) * |
| K. J. CHAO，ET AL.: "Formation of High Aspect Ratio Macropore Array on p-Type Silicon", 《ELECTROCHEMICAL AND SOLID-STATE LETTERS》, vol. 3, no. 10, 4 August 2000 (2000-08-04) * |
| 王兴: "微电子机械系统中重要材料-多孔硅的制备和应用的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 信息科技辑》, no. 4, 15 December 2004 (2004-12-15), pages 32 - 46 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103774184A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-05-07 | 南京工业大学 | 一种多孔钨的电解制备方法 |
| CN103774184B (zh) * | 2014-03-05 | 2016-03-23 | 南京工业大学 | 一种多孔钨的电解制备方法 |
| RU2568954C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Способ получения пористого кремния со стабильной фотолюминесценцией |
| CN105755528A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-07-13 | 厦门大学 | 用于控制多孔硅腐蚀深度的方法 |
| CN109813776A (zh) * | 2017-11-20 | 2019-05-28 | 天津师范大学 | 中等孔径多孔硅基氧化锌薄膜复合材料气敏传感器及其制备方法和应用 |
| CN108847383A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-20 | 昆明理工大学 | 一种多孔硅纳米线阵列的制备方法 |
| CN111996591A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-27 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法 |
| CN111996591B (zh) * | 2020-08-26 | 2021-09-07 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130904 |