本發(fā)明屬于納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種橫向生長非晶硅納米線的制備方法。

背景技術(shù)：

硅納米線作為一維硅納米材料的典型代表，除具有半導(dǎo)體所具有的特殊性質(zhì)，還顯示出不同于體硅材料的場發(fā)射、熱導(dǎo)率及可見光致發(fā)光等物理性質(zhì)，在納米電子器件、光電子器件以及新能源方面具有巨大的潛在應(yīng)用價值。更重要的是，由于硅納米線與現(xiàn)有硅技術(shù)具有極好的兼容性進而具有極大的市場應(yīng)用潛力；因此，硅納米線極有可能成為一維納米材料領(lǐng)域的一種極有應(yīng)用潛力的新材料。

最初采用照相平版刻蝕技術(shù)及掃描隧道顯微方法得到了硅納米線，但是產(chǎn)量很小，直到1998年采用激光燒蝕法硅納米線首次實現(xiàn)了大量制備后，硅納米線的研究才取得了較大的進展。國內(nèi)外的研究者已通過不同的方法制備了硅納米線，并對硅納米線的結(jié)構(gòu)、生長機理及其性能進行了一系列的研究，以期在應(yīng)用方面取得突破性的進展。目前硅納米線的制備方法主要包括激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法、熱氣相沉積法及溶液法，以及近年來備受關(guān)注的電化學(xué)法和硅襯底直接生長法，而生長機理包括基于氣-液-固機理的生長機理、氧化物輔助生長機理以及固-液-固生長機理。但是，目前所采用的制備方式普遍存在原料成本高、制備工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高、過程條件苛刻，污染嚴(yán)重以及批量生產(chǎn)困難等問題，或是性能不能滿足商業(yè)需求，無法產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此，急需一種過程簡單清潔能夠大量合成硅納米線的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種橫向生長非晶硅納米材料的制備方法，該制備方法工藝簡單、過程清潔并且生產(chǎn)成本低，適宜于規(guī)模化生產(chǎn)；能夠得到不同厚度、不同納米結(jié)構(gòu)、不同取向分布的硅納米線，無論是應(yīng)用于新能源方向還是納米電子器件方向都具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種橫向生長非晶硅納米線的制備方法，包括如下步驟；

1)把襯底用濃度為0.1-0.3mol/L的氫氧化鈉溶液在100-300℃刻蝕，然后將襯底依次用超純水、乙醇、丙酮、超純水分別超聲清洗15min；

2)將上述經(jīng)過刻蝕的襯底作為基底，采用射頻磁控濺射法在硅襯底上沉積鎳膜，作為硅納米線生長所需要的催化劑；

3)將上述沉積有鎳膜的襯底放入帶凹槽的樣品靶臺上，采用直流噴射CVD法制備橫向生長非晶硅納米線。

所述步驟1)中襯底為硅片、鉭片、鉬片或鈦片。

所述步驟2)中濺射過程工藝參數(shù)為；采用純度為99.99％的鎳靶材，真空度不大于1×10^-4pa，濺射功率為100-150w，Ar氣流量為10sccm，濺射壓強為0.5-1.5pa，靶基距為5-8cm，襯底不加熱，沉積時間為30-60s。

所述步驟3)中直流噴射CVD法工藝參數(shù)為；氫氣流量為1-2L/min，氬氣流量為1-2L/min，腔壓為3000-5000pa，泵壓為9000-13000pa，弧電壓為110-120V，弧電流為80-100A，溫度范圍為850-1000℃，反應(yīng)時間為10-30min。

一種所制備的橫向生長非晶硅納米線的應(yīng)用，用于超級電容器電極、納米電子器件和超級電容器。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

該制備方法工藝簡單、過程清潔并且生產(chǎn)成本低，適宜于規(guī)?；a(chǎn)；能夠得到不同厚度、不同納米結(jié)構(gòu)、不同取向分布的硅納米線，無論是應(yīng)用于新能源方向還是納米電子器件方向都具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為在硅片上沉積鎳顆粒的掃描電鏡圖。

圖2為在硅片上制得的橫向生長硅納米線的能譜分析圖。

圖3為在硅片上制得的橫向生長硅納米線的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步的敘述，但本發(fā)明不局限于以下實施例。

實施例：

一種橫向生長非晶硅納米線的制備方法，包括如下步驟；

1)將粗糙度為0.2nm的拋光(100)硅片用濃度為0.1mol/L的氫氧化鈉溶液在300℃下刻蝕，然后依次用超純水、乙醇、丙酮、超純水分別超聲清洗15min；

2)將上述清洗后的硅片作為襯底，采用射頻磁控濺射法在硅襯底上沉積鎳膜，，作為硅納米線生長所需要的催化劑，濺射過程的工藝參數(shù)為：采用純度為99.99％的金屬鎳靶材，本底真空度為1×10^-4pa，濺射功率為150w，Ar氣流量為10sccm，濺射壓強為1.0pa，靶基距為6cm，襯底不加熱，沉積時間為40s得到沉積有鎳顆粒的Ni/Si基片，；

3)將上述沉積有鎳顆粒的Ni/Si基片放入帶凹槽的樣品靶臺上，采用直流噴射CVD法制備橫向生長的硅納米線，直流噴射CVD法工藝參數(shù)為；當(dāng)真空度小于0.1pa的時候，向真空室中分別通入氫氣和氬氣，氫氣流量2.0L/min，氬氣流量為1.5L/min，同時觀察腔室壓強和泵室壓強的示數(shù)，保持腔壓為3000pa，泵壓為13000pa。啟動直流電弧，弧電壓為120V，弧電流為80A，溫度保持在900℃，生長時間控制在20min，制備橫向生長非晶硅納米線。

所制備的橫向生長非晶硅納米線用于超級電容器電極。

圖1為在硅片上沉積鎳顆粒的掃描電鏡圖，圖中可以清晰的看到鎳顆粒均勻的分布在硅片的表面。

圖2和圖3分別為在硅片上制得的橫向生長硅納米線的能譜分析圖和掃描電鏡圖。由能譜分析圖可知該材料只含有硅和鎳兩種元素，再由掃描電鏡中形成的橫向納米結(jié)構(gòu)可以得知，形成的最終產(chǎn)物為橫向生長的硅納米線。