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方形硅纳米孔洞的制备及应用研究

作　者: 蔡永梅
导　师: 张迎九
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 方形硅纳米孔洞 银纳米颗粒 可控制备 辅助催化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


硅纳米材料特别是一维纳米硅材料由于其在尺寸上的特点,表现出与体材料不同的量子限域效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和表面效应等特点,并表现出奇特的力学、光学、电学、磁学、热学和化学等性能,已经成为国际半导体材料和纳米领域研究的热点。集成电路及光伏器件等基本上都是以硅作为衬底的。因此把硅纳米线、硅纳米孔洞、多孔硅及硅纳米管等一维纳米结构与硅片结合起来,将对硅纳米材料的广泛应用产生深远的影响。本文在不采用任何模板和特别技术下,采用金属辅助化学腐蚀法,同时结合硅的各向异性腐蚀制备出了大面积具有同一尺寸的方形硅纳米孔洞结构,对影响方形硅纳米孔洞生长的因素进行了初步探索。由于金属银纳米颗粒对硅的腐蚀有重要的辅助催化作用,且分散的金属银纳米颗粒更有利于硅纳米孔洞的生长,所以重点进行了银纳米颗粒形貌的控制研究。通过改变银膜厚度、升温和降温速度、保温时间和保护气氛等退火条件,研究了不同的工艺参数对银纳米颗粒形成的影响,最后得到分散性较好的银纳米颗粒的合成条件为：银膜厚度为8～10nm,以氩气为保护气体,升温速度为100℃/min,降温速度为20℃/min,在退火温度为300℃下对样品进行退火。通过改变刻蚀溶液的浓度、反应温度、反应时间等刻蚀条件,研究了不同工艺参数对方形硅纳米孔洞形成的影响。结合金属催化机制和硅的各向异性腐蚀机理解释了方形硅纳米孔洞形成原因。获得了制备方形硅纳米孔洞结构的优化条件：氢氟酸的浓度为2～5Mol/L,双氧水的浓度为0.3～0.4Mol/L,反应温度为50-55℃。进行了方形硅纳米孔洞的应用研究。用拉曼光谱仪探测吸附有腺嘌呤分子的方形硅纳米孔洞／银基底的拉曼谱,结果显示方形硅纳米孔洞／银基底具有良好的灵敏性。利用分光光度计测量了具有方形纳米孔结构的硅衬底的积分反射谱,结果显示出其具有优良的减反射性,在250-800nm波段的反射率低至2%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 硅纳米材料的研究背景  9-10
  1.2 硅纳米材料的制备方法  10-14
    1.2.1 金属辅助化学腐蚀法  10-11
    1.2.2 物理刻蚀法  11
    1.2.3 模板法  11-12
    1.2.4 电化学腐蚀法  12-13
    1.2.5 水热腐蚀法  13-14
  1.3 硅纳米线和多孔硅的形成机理  14-16
    1.3.1 硅纳米线的形成机理  14-15
    1.3.2 多孔硅的形成机理  15-16
  1.4 硅纳米材料的应用  16-18
    1.4.1 传感器  16
    1.4.2 发光器件  16-17
    1.4.3 硅基光电集成电路  17
    1.4.4 太阳能光伏器件  17-18
  1.5 本论文研究目的及内容  18-20
第2章 银纳米颗粒的形貌控制  20-30
  2.1 引言  20-21
  2.2 实验原料、仪器及实验过程  21-22
    2.2.1 实验原料和实验仪器  21
    2.2.2 实验过程  21-22
  2.3 退火条件对银纳米颗粒形貌的影响  22-28
    2.3.1 银膜厚度对银纳米颗粒形貌的影响  23-24
    2.3.2 升温速度对银纳米颗粒形貌的影响  24-25
    2.3.3 降温速度对银纳米颗粒形貌的影响  25-26
    2.3.4 保温时间对银纳米颗粒形貌的影响  26-28
    2.3.5 不同保护气体对银纳米颗粒形貌的影响  28
  2.4 小结  28-30
第3章 方形硅纳米孔洞的制备及工艺参数的影响  30-48
  3.1 引言  30-31
  3.2 方形硅纳米孔洞的制备  31-32
  3.3 方形硅纳米孔洞形成的理论模型  32-36
  3.4 工艺参数对方形硅纳米孔洞生成的影响  36-46
    3.4.1 银纳米颗粒的形貌对方形硅纳米孔洞生成的影响  37-38
    3.4.2 HF浓度对方形硅纳米孔洞生成的影响  38-40
    3.4.3 H_2O_2浓度对方形硅纳米孔洞生成的影响  40-41
    3.4.4 反应温度对方形硅纳米孔洞生成的影响  41-44
    3.4.5 反应时间对方形硅纳米孔洞生成的影响  44-46
  3.5 小结  46-48
第4章 方形硅纳米孔洞的应用研究  48-56
  4.1 方形硅纳米孔洞结构作为SERS活性基底  48-51
    4.1.1 SERS活性基底  48-49
    4.1.2 方形硅纳米孔洞结构活性基底对腺嘌呤的探测研究  49-51
  4.2 方形硅纳米孔洞结构的反射率测试  51-53
  4.3 以方形硅纳米孔洞为衬底沉积其它纳米材料  53-55
  4.4 小结  55-56
第5章 结论与展望  56-58
  5.1 结论  56-57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-66
个人简历 在学期间发表的学术论文及专利  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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