專利名稱：多孔硅材料的制備方法及由該方法制得的多孔硅材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔硅材料的制備方法及由該方法制得的多孔硅材料。
背景技術(shù)：
多孔硅材料是一種新型的納米半導(dǎo)體光電材料，室溫下具有優(yōu)異的光致發(fā)光、電致發(fā)光等特性，在光電器件領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的多孔硅材料是通過將塊體硅片在氫氟酸中經(jīng)化學(xué)蝕刻獲得。由于氫氟酸有毒，且腐蝕性很強(qiáng)，使用該種方法生產(chǎn)具有一定的危險性；且制備過程中會產(chǎn)生大量的廢水，廢水的處理較困難；且在蝕刻硅片的過程中產(chǎn)生的SiF4氣體有劇毒，嚴(yán)重污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種綠色環(huán)保的多孔硅材料的制備方法。另外，還有必要提供一種由上述方法所制得的多孔硅材料。一種多孔硅材料的制備方法，其包括如下步驟提供一基材；采用PVD鍍膜技術(shù)在該基材的表面形成一預(yù)制層，該預(yù)制層中含有硅和金屬M，所述金屬M為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該金屬M的質(zhì)量百分含量為10 50% ；采用電化學(xué)蝕刻法去除所述預(yù)制層表層的金屬M，使預(yù)制層的表層部分形成一多孔硅層，該電化學(xué)蝕刻法中所使用的電解液為鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸和草酸中的一種。一種多孔硅材料，其包括基材、形成于基材上的硅基金屬層及形成于硅基金屬層上的多孔硅層，該硅基金屬層中含有金屬M，所述金屬M為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該硅基金屬層中金屬M的質(zhì)量百分含量為10 50%。本發(fā)明所述多孔硅材料采用PVD鍍膜技術(shù)在基材上先形成預(yù)制層，再通過電化學(xué)蝕刻法去除預(yù)制層的部分金屬，使預(yù)制層的表層部分形成多孔硅層，所述方法未使用到有毒的氫氟酸，避免了傳統(tǒng)方法中蝕刻過程中產(chǎn)生的有毒SiF4氣體，制程更加綠色環(huán)保。


圖1是本發(fā)明一較佳實施例多孔硅材料的剖視圖。主要元件符號說明多孔硅材料10基材11硅基金屬層13多孔硅層1具體實施例方式本發(fā)明一較佳實施方式的多孔硅材料10(如圖1所示)的制備方法包括如下步驟提供一基材11，該基材11可為塑料或不銹鋼。對基材11進(jìn)行預(yù)處理。所述預(yù)處理步驟包括先使用氫氧化鈉或氫氧化鉀等堿性溶液對基材11進(jìn)行除油除蠟，再使用去離子水對基材11進(jìn)行清洗，清洗完畢后將基材烘干備用。采用磁控濺射法或電弧離子鍍膜法在經(jīng)上述處理的基材11的表面沉積一預(yù)制層，該預(yù)制層中含有硅和金屬M，所述金屬M可為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該金屬M的質(zhì)量百分含量為10 50%。沉積所述預(yù)制層在一鍍膜機(jī)中進(jìn)行，使用硅基金屬靶材，該硅基金屬靶材中的金屬為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，且所述硅基金屬靶材中金屬的質(zhì)量百分含量為10 50% ；以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150 500SCCm，對基材11施加的偏壓為0 -250V，所述基材11若為不銹鋼，加熱使所述鍍膜室的溫度為30 150°C;所述基材11若為塑料，加熱使所述鍍膜室的溫度為30 70°C。使用磁控濺射法沉積所述預(yù)制層時，硅基金屬靶材的功率可為5 11KW，鍍膜時間可為60 300min。使用電弧離子鍍膜法沉積所述預(yù)制層時，硅基金屬靶材的功率可為1. 5 5KW，鍍膜時間可為20 80min。所述預(yù)制層的厚度可為1 6μπι。使用電化學(xué)蝕刻法去除所述預(yù)制層表層的金屬Μ，使預(yù)制層的表層部分形成一多孔硅層15，該預(yù)制層未被去除金屬M的部分形成為硅基金屬層13。所述電化學(xué)蝕刻法以沉積有預(yù)制層的基材11為陽極，以鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸和草酸中的一種為電解液，所述電解液中鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸或草酸的質(zhì)量百分含量可為3 15% ；使用恒壓電源，電壓可為2 5V，電流密度可為0. 5 4mA/cm2，反應(yīng)時間可為3 20min。所述多孔硅層15的厚度為1 3μπι。所述多孔硅層15中的孔的直徑為50 150nm，孔隙率為60 80%。請再一次參閱圖1，由上述方法所制得的多孔硅材料10包括基材11、形成于基材 11上的硅基金屬層13及形成于硅基金屬層13上的多孔硅層15。該基材11可為塑料或不銹鋼。該硅基金屬層13中含有金屬M，所述金屬M可為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該硅基金屬層13中金屬M的質(zhì)量百分含量為10 50%。該硅基金屬層13的厚度可為0. 5 1 μ m0該多孔硅層15的厚度可為1 3 μ m。所述多孔硅層15中的孔的直徑可為50 150nm，孔隙率可為60 80%。本發(fā)明所述多孔硅材料10采用PVD鍍膜技術(shù)在基材11上先形成預(yù)制層，再通過電化學(xué)蝕刻法去除預(yù)制層的部分金屬，使預(yù)制層的表層部分形成多孔硅層15，所述方法未使用有毒的氫氟酸，避免了傳統(tǒng)方法中蝕刻過程中產(chǎn)生的有毒SiF4氣體，制程更加綠色環(huán)保。
權(quán)利要求
1.一種多孔硅材料的制備方法，其包括如下步驟提供一基材；采用PVD鍍膜技術(shù)在該基材的表面形成一預(yù)制層，該預(yù)制層中含有硅和金屬M，所述金屬M為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該金屬M的質(zhì)量百分含量為10 50% ；采用電化學(xué)蝕刻法去除所述預(yù)制層表層的金屬M，使預(yù)制層的表層部分形成一多孔硅層，該電化學(xué)蝕刻法中所使用的電解液為鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸和草酸中的一種。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于所述基材為塑料或不銹鋼。
3.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于形成所述預(yù)制層的步驟采用如下方式實現(xiàn)采用磁控濺射法，使用硅基金屬靶材，該硅基金屬靶材中的金屬為鈣、 鋁及鎂中的一種或以上，且所述硅基金屬靶材中金屬的質(zhì)量百分含量為10 50%，該硅基金屬靶材的功率為5 11KW，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150 500cm，對基材施加的偏壓為0 -250V，加熱使所述鍍膜室的溫度為30 150°C或30 70°C，鍍膜時間為 60 300min。
4.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于形成所述預(yù)制層的步驟采用如下方式實現(xiàn)采用電弧離子鍍膜法，使用硅基金屬靶材，該硅基金屬靶材中的金屬為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，且所述硅基金屬靶材中金屬的質(zhì)量百分含量為10 50%，該硅基金屬靶材的功率為1. 5 5KW，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150 500cm，對基材施加的偏壓為0 -250V，加熱使所述鍍膜室的溫度為30 150°C或30 70°C，鍍膜時間為 20 80min。
5.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于所述預(yù)制層的厚度為 1 6 μ m0
6.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于所述電化學(xué)蝕刻法采用如下方式實現(xiàn)以鍍有預(yù)制層的基材為陽極，以鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸和草酸中的一種為電解液，所述電解液中鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸或草酸的質(zhì)量百分含量為3 15% ；使用恒壓電源，電壓為2 5V，電流密度為0. 5 4mA/cm2，反應(yīng)時間為3 20min。
7.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于所述多孔硅層的厚度為 1 3 μ m0
8.如權(quán)利要求1所述的多孔硅材料的制備方法，其特征在于所述多孔硅層中的孔的直徑為50 150nm，孔隙率為60 80%。
9.一種多孔硅材料，其包括基材、形成于基材上的硅基金屬層及形成于硅基金屬層上的多孔硅層，其特征在于該硅基金屬層中含有金屬M，所述金屬M為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該硅基金屬層中金屬M的質(zhì)量百分含量為10 50%。
10.如權(quán)利要求9所述的多孔硅材料，其特征在于所述多孔硅層中的孔的直徑為 50 150nm，孔隙率為60 80%。
11.如權(quán)利要求9所述的多孔硅材料，其特征在于所述多孔硅層的厚度為1 3μπι。
12.如權(quán)利要求9所述的多孔硅材料，其特征在于所述硅基金屬層的厚度為0.5 1 μ m0
全文摘要
本發(fā)明提供一種多孔硅材料的制備方法，其包括如下步驟提供一基材；在該基材的表面形成一預(yù)制層，該預(yù)制層中含有硅和金屬M，所述金屬M為鈣、鋁及鎂中的一種或以上，該金屬M的質(zhì)量百分含量為10～50％；采用電化學(xué)蝕刻法去除所述預(yù)制層表層的金屬M，使預(yù)制層的表層部分形成一多孔硅層，該電化學(xué)蝕刻法中所使用的電解液為鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸和草酸中的一種。所述多孔硅材料的制備方法綠色環(huán)保。本發(fā)明還提供一種上述方法制得的多孔硅材料。
文檔編號C23C14/14GK102485945SQ20101056812
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者張新倍, 林順茂, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司