專利名稱：一種方形硅納米孔洞及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種方形硅納米孔洞及其制備方法。
背景技術(shù)：
硅作為一種重要的半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于微電子系統(tǒng)和太陽能電池等行業(yè)。 因而，對硅材料的加工工藝研究備受關(guān)注。其中一種典型工藝是一系列光刻和腐蝕工藝。按所用腐蝕劑的不同分為干法刻蝕和濕法刻蝕，也可以根據(jù)對晶面腐蝕速率的不同分為各向異性腐蝕和各向同性腐蝕。濕法腐蝕是通過化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行的腐蝕。一般將硅片放入具有確定化學(xué)成分的腐蝕液體里進(jìn)行。濕法腐蝕的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、成本低廉、高產(chǎn)出以及高可靠性、優(yōu)良的選擇比。缺點(diǎn)是存在橫向腐蝕現(xiàn)象，腐蝕不徹底及均勻性差等。干法刻蝕是利用氣體在強(qiáng)電場作用下被電離，產(chǎn)生離子和電子等物質(zhì)，這些物質(zhì)擴(kuò)散在硅片表面并被吸收，在表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)刻蝕。包括光子束刻蝕、中子束刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕和等離子體刻蝕等。干法腐蝕有很多優(yōu)點(diǎn)包括腐蝕均勻性與重復(fù)性好并且操作安全、簡便、便于工藝監(jiān)控，易于實(shí)現(xiàn)自動化。但是干法刻蝕工藝周期長，過程復(fù)雜，成本較高。另外，無論干法刻蝕還是濕法刻蝕，均是在有掩膜條件下進(jìn)行的，如果不采用掩膜技術(shù)，預(yù)先設(shè)計(jì)圖形，則不會得到具有特定形狀的腐蝕坑(洞)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方形硅納米孔洞及其制備方法，這種方法不需要掩膜技術(shù)，硅納米孔洞的大小、密度和孔洞的深度由退火工藝和腐蝕體系決定，而具有均勻分布的硅納米孔洞的硅片面積只是由所使用的襯底面積決定。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種方形硅納米孔洞的制備方法，其中，采用金屬催化腐蝕與硅的濕法刻蝕技術(shù)相結(jié)合的方法，制備出方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)；其制備的步驟為(1)在單晶硅片表面沉積 5-200nm的金屬膜；(2)將沉積有金屬膜的硅片進(jìn)行熱處理，獲得具有特定形貌的金屬納米顆粒；(3 )對退火后的硅片進(jìn)行腐蝕，形成方形硅納米孔洞。進(jìn)一步，其中步驟(1)中的所述的在硅片表面沉積金屬膜是通過真空蒸鍍方法在硅片表面沉積厚度5-200nm納米的銀膜；其中步驟(2)中的所述將鍍有銀膜的硅片進(jìn)行熱處理的條件為，通入氬氣作為保護(hù)氣體，流量為50-200sCCm，退火溫度為200-500°C，升溫速度為10-50°C/min，保溫時間為20 200分鐘；其中步驟(3)中腐蝕硅片的腐蝕液為氫氟酸、雙氧水，氫氟酸濃度為2 6mol/L，雙氧水濃度為0. 2 0. 6 mol/L，反應(yīng)溫度為20 70°C，腐蝕時間為30 120分鐘。進(jìn)一步，所述步驟(1)中的銀膜厚度為10納米；步驟(2)中將鍍有銀膜的硅片進(jìn)行熱處理的條件為，通入氬氣作為保護(hù)氣體，流量為％Sccm，退火溫度為300°C，升溫速度為10°C /min，保溫時間為30 180分鐘。進(jìn)一步，所述的硅的濕法刻蝕技術(shù)所使用的刻蝕液為氫氟酸(HF)濃度2 6mol/L，雙氧水(H2O2)濃度0. 2 0. 6mol/L，刻蝕的溫度在室溫到90°C，刻蝕時間1分鐘到1天。進(jìn)一步，金屬催化劑為Ag、Pt、Au等貴金屬，F(xiàn)e、Ni等過渡族金屬，以及它們的合金；所述的金屬催化劑是通過相應(yīng)的金屬鹽直接加入到刻蝕液之中，或通過化學(xué)方法或物理氣相沉積方法沉積到Si材料表面。進(jìn)一步，通過化學(xué)方法將金屬催化劑沉積到Si材料表面，將Si片浸入含有氫氟酸 2-5 mol/L，0. 01-0. 02 mol/L 的 AgNO3 溶液中，浸泡時間為 1-100 秒。一種方形硅納米孔洞，其中，所述的方形硅納米孔洞邊長的大小為從10納米到10 微米，準(zhǔn)方形孔洞深度從20納米到2毫米。進(jìn)一步，所述的方形硅納米孔洞邊長的大小為觀0 420納米，方形孔洞深度為 20 200微米；或所述的方形硅納米孔洞邊長的大小為50 190納米，方形孔洞深度為 5 80微米。進(jìn)一步，所述的方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)作為電池絨面，其反射率降至2 3%。進(jìn)一步，在所述的方形硅納米孔洞內(nèi)部或硅片表面沉積半導(dǎo)體化合物，如III- V 族和II -VI族化合物半導(dǎo)體，獲得具有Si納米孔洞的新型Si/半導(dǎo)體的太陽能電池；或?qū)⑺龅姆叫喂杓{米孔洞作為模板，在納米孔洞內(nèi)部沉積金屬、無機(jī)物、有機(jī)物及其復(fù)合材料，獲得具有方形結(jié)構(gòu)的納米線/納米管；或?qū)⑺龅牡姆叫喂杓{米孔洞襯底表面沉積金屬銀或金顆粒或薄膜，作為表面增強(qiáng)拉曼光譜基底。進(jìn)一步，金屬催化劑為Ag、Pt、Au等貴金屬，F(xiàn)e、Ni等過渡族金屬，以及它們的合金。所述的金屬催化劑是通過相應(yīng)的金屬鹽直接加入到刻蝕液之中，或通過化學(xué)方法或物理氣相沉積方法沉積到Si材料表面；
從催化劑原料到獲得所需要的金屬催化劑時間要短，而從得到所需的金屬催化劑到開始制備方形硅納米孔洞之間時間應(yīng)少并需要惰性氣體保護(hù)以減少金屬的氧化和活性氣體吸附。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，腐蝕時間，氫氟酸、雙氧水的濃度，金屬顆粒的形貌，可以調(diào)節(jié)方形硅納米孔洞的邊長大小及孔洞的深度，制備出形貌可控易控的硅納米孔洞結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明制備方法簡單實(shí)用，不需要掩膜技術(shù)，通過調(diào)節(jié)金屬顆粒的形貌、反應(yīng)溫度和腐蝕時間等參數(shù)可控制孔洞邊長的大小和孔洞的深度。得到的方形硅納米孔洞其反射率為2 3%左右，具有“黑體”吸收效應(yīng)，能提高電池對光的吸收，提高短路電流，從而提高太陽能電池效率。同時，該結(jié)構(gòu)還可以作為模板，制備方形納米線(管) 以及作為表面增強(qiáng)拉曼光譜襯底。本發(fā)明將金屬催化腐蝕與傳統(tǒng)的硅的濕法腐蝕技術(shù)相結(jié)合，提供一種方形硅納米孔洞的制備方法；這種方法不需要掩膜技術(shù)，同時兼有濕法腐蝕的成本低廉、操作簡便和用時短及干法腐蝕的腐蝕均勻性和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。這種方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)在太陽能電池、集成電路等具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。


圖1為實(shí)施例一所制備的邊長約180-200納米的方形硅納米孔洞的掃描電子顯微鏡形貌圖2為實(shí)施例二所制備的邊長約觀0-300納米的方形硅納米孔洞的掃描電子顯微鏡形貌圖3為實(shí)施例三所制備的邊長約400-450納米的方形硅納米孔洞的掃描電子顯微鏡形貌圖4為實(shí)施例四所制備的通過擴(kuò)散所獲得的單片方形硅納米孔洞太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖5為實(shí)施例五所制備的、通過沉積另外一種摻雜類型的Si薄膜所獲得的單片方形硅納米孔洞太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖6為實(shí)施例六所制備的單片具有方形硅納米孔洞的HIT太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1 的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約10納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為60分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為2. 3 3. 2 mol/L，雙氧水濃度為0.2 0. 38 mol/ L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為30分鐘。反應(yīng)后，得到如圖1所示的邊長約180-200納米的方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。實(shí)施例二
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約8納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 2 4.0 mol/L，雙氧水濃度為0.38 0.4 mol/ L，反應(yīng)溫度為65°C，腐蝕時間為60分鐘。反應(yīng)后，便得到如圖2所示的邊長約280-300納米的方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。實(shí)施例三
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約6納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 2 3. 6 mol/L，雙氧水濃度為0.3 0. 38 mol/L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為90分鐘。反應(yīng)后，便得到如圖3所示的邊長約400-450納米的方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。實(shí)施例四
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約10納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 2 3. 6 mol/L，雙氧水濃度為0.3 0. 38 mol/ L,反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為90分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。在所制備方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)材料表面進(jìn)行擴(kuò)散制備PN結(jié)(如果采用P型方形硅納米孔洞襯底，則通過擴(kuò)散得到N型擴(kuò)散層；如果采用N型方形硅納米孔洞襯底，則通過擴(kuò)散得到P型擴(kuò)散層。)。在兩面引出電極后，便得到一個單片的方形硅納米孔洞太陽能電池。在本實(shí)施例中，采用P型方形硅納米孔洞襯底 2，通過擴(kuò)散得到N型擴(kuò)散層3，在兩面引出電極1后，便得到一個單片的方形硅納米孔洞太陽能電池，如圖4所示。由于是通過擴(kuò)散所制備的PN結(jié)，孔洞的大小沒有明顯的變化。實(shí)施例五
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約10納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 2 3. 6 mol/L，雙氧水濃度為0.3 0. 38 mol/ L,反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為90分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。在所制備的P型(N型)方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)材料表面采用PECVD法沉積N型(P型)微晶硅膜，在兩面引出電極后，便得到一個單片的方形硅納米孔洞太陽能電池。在本實(shí)施例中采用P型方形硅納米孔洞襯底2，利用 PECVD方法在襯底上沉積的N型微晶硅膜4，在兩面沉積電極1后，得到了一個單片的方形硅納米孔洞太陽能電池，如圖5所示。由于是在襯底2上沉積的另一種微晶硅膜3，所以孔洞口明顯變小。實(shí)施例六
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約10納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為2. 3 3. 2 mol/L，雙氧水濃度為0.2 0. 38 mol/ L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為120分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。在所制備的P型(N型)方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)材料表面采用PECVD法沉積本征微晶硅膜后，再沉積N型(P型)微晶硅膜，從而形成PIN結(jié)構(gòu)，在兩面引出電極后，便得到一個單片的方形硅納米孔洞HIT太陽能電池。在本實(shí)施例中，采用P型方形硅納米孔洞襯底2，利用PECVD方法在襯底上沉積的本征微晶硅膜6，再利用PECVD方法在本征微晶硅膜6上沉積N型微晶硅膜5，在兩面沉積電極1后，獲得單片的方形硅納米孔洞HIT太陽能電池，如圖6所示。實(shí)施例七
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約 10納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 2 3. 6 mol/L，雙氧水濃度為0.3 0. 38 mol/ L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為120分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。采用化學(xué)氣相沉積法，以金屬鎵為鎵源，以氨氣為氮源，在具有方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)的硅片襯底上沉積氮化鎵(GaN)。之后，再沉積電極，組成Si/GaN太陽能電池，發(fā)現(xiàn)這種太陽能電池有較高的光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)施例八
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1 的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約6納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 0 5. 0 mol/L，雙氧水濃度為0. 3 0. 4 mol/ L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為120分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。利用磁控濺射在腐蝕后的硅片表面沉積厚約500納米的氧化鋅薄膜，采用水熱法在具有方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)的硅片襯底上制備了氧化鋅納米棒或氧化鋅納米線。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)可以制備新型光致發(fā)光或電致發(fā)光器件。實(shí)施例九
將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約6納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3. 0 5. 0 mol/L，雙氧水濃度為0. 3 0. 4 mol/ L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為120分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。采用各種方法(如溶膠凝膠方法)，在方形納米孔洞填充物質(zhì)，獲得具有較大長徑比的方形納米線(管)。實(shí)施例十將已切好的單晶硅片用丙酮、酒精分別震蕩10分鐘和5分鐘，接著用體積比為4:1的硫酸和雙氧水的混合溶液80°C處理1小時，以去除表面的重金屬離子，最后用雙氧水氨水水=1:1:3 (體積比)的混合溶液80°C處理1小時。在已清洗干凈的硅片上真空蒸鍍厚約10納米的銀膜。將鍍有銀膜的硅片放入管式高溫爐，以95sCCm氬氣為保護(hù)氣體，溫度為 300°C，保溫時間為90分鐘的條件進(jìn)行退火。將已退火的附有銀顆粒的硅片浸入氫氟酸與雙氧水的腐蝕溶液中，其中氫氟酸濃度為3.0 5.0 mol/L，雙氧水濃度為0.3 0. 38 mol/ L，反應(yīng)溫度為55°C，腐蝕時間為120分鐘。反應(yīng)后，便得到方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)，隨后將腐蝕后的硅片置于王水中放置5分鐘，以去除殘留的銀。利用化學(xué)鍍或真空蒸鍍在具有方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)的硅片表面沉積金屬銀或金顆粒或薄膜，附有金屬銀或金顆?；虮∧さ姆叫喂杓{米孔洞結(jié)構(gòu)可以作為表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)基底。 最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種方形硅納米孔洞的制備方法，其特征在于采用金屬催化腐蝕與硅的濕法刻蝕技術(shù)相結(jié)合的方法，制備出方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)；其制備的步驟為(1)在單晶硅片表面沉積5-200nm的金屬膜；(2)將沉積有金屬膜的硅片進(jìn)行熱處理，獲得具有特定形貌的金屬納米顆粒；(3 )對退火后的硅片進(jìn)行腐蝕，形成方形硅納米孔洞。
2.如權(quán)利要求1所述的一種方形硅納米孔洞的制備方法，其特征在于其中步驟(1)中的所述的在硅片表面沉積金屬膜是通過真空蒸鍍方法在硅片表面沉積厚度約10納米的銀膜；其中步驟(2)中的所述將鍍有銀膜的硅片進(jìn)行熱處理的條件為，通入氬氣作為保護(hù)氣體，流量為％sccm，退火溫度為300°C，升溫速度為10°C /min，保溫時間為30 180分鐘； 其中步驟(3)中腐蝕硅片的腐蝕液為氫氟酸、雙氧水，氫氟酸濃度為2 6mol/L，雙氧水濃度為0. 2 0. 6 mol/L，反應(yīng)溫度為20 70°C，腐蝕時間為30 120分鐘。
3.如權(quán)利要求2所述的一種方形硅納米孔洞的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的銀膜厚度為10納米；步驟(2)中將鍍有銀膜的硅片進(jìn)行熱處理的條件為，通入氬氣作為保護(hù)氣體，流量為％sccm，退火溫度為300°C，升溫速度為10°C /min，保溫時間為30 180 分鐘。
4 如權(quán)利要求1、2或3所述的一種方形硅納米孔洞的制備方法，其特征在于所述的硅的濕法刻蝕技術(shù)所使用的刻蝕液為氫氟酸濃度2 6mol/L，雙氧水濃度0. 2 0. 6mol/L，刻蝕的溫度在室溫到90°C，刻蝕時間1分鐘到1天。
5.如權(quán)利要求4所述的一種方形硅納米孔洞的制備方法，其特征在于金屬催化劑為貴金屬、過渡族金屬，以及貴金屬、過渡族金屬的合金；所述的金屬催化劑是通過相應(yīng)的金屬鹽直接加入到刻蝕液之中，或通過化學(xué)方法或物理氣相沉積方法沉積到Si材料表面。
6.如權(quán)利要求5所述的一種方形硅納米孔洞的制備方法，其特征在于通過化學(xué)方法將金屬催化劑沉積到Si材料表面，將Si片浸入含有氫氟酸2-5 mol/L, 0. 01-0. 02 mol/L 的AgNO3溶液中，浸泡時間為1-100秒。
7.一種方形硅納米孔洞，其特征在于所述的方形硅納米孔洞邊長的大小為從10納米到10微米，準(zhǔn)方形孔洞深度從20納米到2毫米。
8.如權(quán)利要求7所述的一種方形硅納米孔洞，其特征在于所述的方形硅納米孔洞邊長的大小為280 420納米，方形孔洞深度為20 200微米；或所述的方形硅納米孔洞邊長的大小為50 190納米，方形孔洞深度為5 80微米。
9.如權(quán)利要求7或8所述的一種方形硅納米孔洞，其特征在于所述的方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)作為電池絨面，其反射率降至2 3%。
10.1如權(quán)利要求7或8所述的一種方形硅納米孔洞，其特征在于在所述的方形硅納米孔洞內(nèi)部或硅片表面沉積半導(dǎo)體化合物，獲得具有Si納米孔洞的新型Si/半導(dǎo)體的太陽能電池；或?qū)⑺龅姆叫喂杓{米孔洞作為模板，在納米孔洞內(nèi)部沉積金屬、無機(jī)物、有機(jī)物及其復(fù)合材料，獲得具有方形結(jié)構(gòu)的納米線/納米管；或?qū)⑺龅牡姆叫喂杓{米孔洞襯底表面沉積金屬銀或金顆?；虮∧?，作為表面增強(qiáng)拉曼光譜基底。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方形硅納米孔洞的制備方法，其中，采用金屬催化腐蝕與硅的濕法刻蝕技術(shù)相結(jié)合的方法，制備出方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)；其制備的步驟為(1)在硅片表面沉積5-200nm的金屬膜；(2)將沉積有金屬膜的硅片進(jìn)行熱處理，獲得具有特定形貌的金屬納米顆粒；(3)對退火后的硅片進(jìn)行腐蝕，形成方形硅納米孔洞。這種方法不需要掩膜技術(shù)，同時兼有濕法腐蝕的成本低廉、操作簡便和用時短及干法腐蝕的腐蝕均勻性和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。這種方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)在太陽能電池、集成電路等具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號H01L31/0352GK102157621SQ201110051278
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者張迎九, 汪素蘭, 王曉霞, 蔡永梅, 要峰 申請人:鄭州大學(xué)