基于金属辅助化学刻蚀法的硅纳米线形貌调控及机理研究

摘要

硅纳米线由于其特殊的纳米尺寸效应在太阳电池及光电器件以及生物化学的探测应用上都有着极为广阔的发展前景。而金属辅助的化学刻蚀方法作为最简便易行的方法之一,由于经济高效的特点和与传统平板太阳电池制备工艺极好的相容性而备受关注。然而基于此方法的机理研究尚未完善,且传统的基于此方法的硅纳米线形貌调控一般都较为昂贵且在调控范围上存在一定的局限性。因此,本论文就完善金属辅助化学刻蚀法的硅纳米线的形貌调控问题和机理研究,进行了系统的研究。在此论文中,我们的主要研究工作有以下两点:
　　1.原有制备流程上加入光照的新形貌调控方法的提出及机理、应用的研究
　　本文提出了一种用光照调控形貌的新方法,研究了光照强度、光照能量和基底掺杂浓度对于形成和调控由倾斜弯曲的硅纳米线构成的锥型结构的影响,并且在一定情况下制备出了类似于“竹笋”和“星星”的新形貌。此外,我们提出了一种不同于先前“bending”模型的理论解释,我们认为圆锥形结构是由于刻蚀路径的倾斜造成而非由于机械性的弯折所造成,并通过 Ag颗粒的 EDS测量结果得到了证实。我们推测此刻蚀路径的倾斜是由于光生电子空穴对的浓度梯度扩散所形成。此种方法和机理的提出为相似纳米结构的制备和调控提出了新的思路,并且在作为探测器以及发光器件上会带来应用前景。
　　2.金属辅助化学刻蚀法中掺杂对于刻蚀过程影响的机理研究
　　本文以硅片基底的不同掺杂浓度和掺杂类型为变量,研究了在特定刻蚀溶液浓度下,化学刻蚀过程中不同掺杂对于Ag颗粒沉积形貌与数量、以及对硅纳米线刻蚀形貌与速率的影响。同时,总结了在金属辅助化学刻蚀法中产生倾斜硅纳米线的因素,结合先前H2O2浓度对刻蚀过程的影响研究结果,提出了关于掺杂影响的新机理解释。

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第1章 绪论

1.1 硅纳米线制备概述

1.2 硅纳米线性质表征概述

1.3 本课题的主要研究内容

参考文献

第2章 制备机理及形貌调控的研究进展

2.1 金属辅助化学刻蚀法（MACE）机理的研究进展

2.2 基于MACE硅纳米线形貌调控介绍

2.3 光照在纳米结构制备中的应用

2.4 本章小结

参考文献

第3章 光辅助的MACE方法对硅纳米线形貌的调控

3.1 光辅助的MACE制备方法

3.2 新形貌的产生及定量研究方法

3.3 光照及硅片掺杂条件对硅纳米线形貌的影响

3.4 常见形貌影响因素及多孔性的讨论

3.5 本章小结

参考文献

第4章 光辅助的MACE方法机理研究

4.1 时间序列实验研究

4.2 银含量分布实验

4.3 光辅助的MACE方法的机理模型

4.4 本章小结

参考文献

第5章 金属辅助化学刻蚀法中掺杂对于刻蚀过程的影响

5.1 掺杂类型及浓度对于Ag沉积的影响

5.2 掺杂类型及浓度对于硅纳米线刻蚀的影响

5.3 本章小结

参考文献

第6章 总结

6.1 本文的主要结论

6.2未来研究建议

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的奖励