專利名稱：制作納米線陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及納米技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)化和圖案化硅的能力對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)是重要的。特別令人感興趣的是圖案 化硅來(lái)制造納米結(jié)構(gòu)。關(guān)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的硅制作方法的相關(guān)信息可以例如在Sami Franssila, Introduction-Microfabrication (John Wiley & Sons，2004)中找到，并且在 此引入作為參考。在過(guò)去的十年內(nèi)，半導(dǎo)體納米線已經(jīng)成為研究的焦點(diǎn)，這歸因于它們令人感興趣 的物理，化學(xué)和生物性能。特別令人感興趣的是硅納米線，因?yàn)楣枋堑貧ぶ凶钬S富的原料之 一，并且已經(jīng)變成了許多基于其設(shè)計(jì)的電子，光電，電化學(xué)和電機(jī)械裝置的基石。今天，許多納米體系并未得到商業(yè)應(yīng)用，這歸因于與制作有關(guān)的大的成本，和納 米線合成的可縮放性的限制。納米線是使用分子束外延(MBE)，金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)，和物理氣相沉積(PVD)來(lái)從下向上生長(zhǎng)的。它們還可以使用技術(shù)例如反應(yīng)性離子 蝕刻(RIE)和感應(yīng)耦合等離子體(ICP)來(lái)從上向下來(lái)制作。這些系統(tǒng)需要高溫和/或低壓， 這是導(dǎo)致高成本的主因。向前推動(dòng)的解決方案(其基于能夠在環(huán)境條件運(yùn)行的技術(shù))對(duì)于 產(chǎn)生它們的低成本，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和易于使用來(lái)說(shuō)是重要的。最近的工作已經(jīng)證實(shí)了可以使用由金屬鹽和強(qiáng)酸(典型的AgN03*HF)構(gòu)成的溶 液來(lái)制作硅納米線。(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(a))。通過(guò)控制溶液中每種成分的濃度，硅能夠正常 的蝕刻到晶片的平面上，形成平均直徑150nm，直徑范圍為20-300nm的垂直對(duì)準(zhǔn)的硅納米 線。通過(guò)實(shí)現(xiàn)了將銀從溶液中沉淀出來(lái)，并且催化該硅的蝕刻，該技術(shù)已經(jīng)改進(jìn)為將H2O2加 入到化學(xué)浴中和Ag金屬直接沉積到硅上二者的組合。在Ag沉積之前，將均勻尺寸的聚苯乙 烯球進(jìn)行分散，目的是使用它們作為蝕刻掩模和限定該納米線。(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(e))。結(jié) 果，證實(shí)了具有均勻直徑和長(zhǎng)度的硅納米線的有序陣列。用這種技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的最終直徑是受限的。達(dá)到亞-IOOnm尺寸的能力對(duì)于多種電 子，光電，電化學(xué)和電機(jī)械應(yīng)用來(lái)說(shuō)是有價(jià)值的。例如，處于亞-IOOnm范圍中時(shí)，硅開(kāi)始表 現(xiàn)出不同于體硅(bulk silicon)的新的性能。另外，在低納米尺寸的表面積的增加是有價(jià) 值的。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種蝕刻含硅基底來(lái)形成納米線陣列的方法。在這種方法中，以如下方式 來(lái)將納米粒子和金屬膜沉積到基底上，即，該金屬在期望蝕刻之處存在和與硅接觸，并且在其他地方被阻止與硅接觸或者不存在。將該金屬化基底浸入到含有HF和氧化劑的蝕刻劑 水溶液中。以此方式來(lái)生產(chǎn)具有受控的直徑和長(zhǎng)度的納米線陣列。


圖1表示了使用本發(fā)明的一種實(shí)施方案，來(lái)獲得直徑為12-70nm的納米線的結(jié)果。圖2表示了使用下面的部分B中所示的一種可選擇的一種實(shí)施方案，來(lái)獲得納米 線的結(jié)果。圖3示意性地表示了一種裝置，用于進(jìn)行本發(fā)明的方法，使用氧氣作為氧化劑。圖4表示了對(duì)硅使用金屬增強(qiáng)的蝕刻，來(lái)在硅晶片上獲得微結(jié)構(gòu)化的結(jié)果。無(wú)意 (unintentional)線是在溝槽中形成的。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的一方面，提供了 一種蝕刻含硅基底，來(lái)形成納米結(jié)構(gòu)的方法。在這種方 法中，以如下方式來(lái)在基底上沉積和圖案化金屬膜，即，該金屬在期望蝕刻之處存在和與硅 接觸，并且在其他地方被阻止與硅接觸或者不存在。將該金屬化基底浸入到含有大約4-大 約49重量％HF和氧化劑的蝕刻劑水溶液中。在上述方法中，為了達(dá)到亞-IOOnm的納米線，可以使用亞-IOOnm的納米粒子來(lái)將 銀與硅隔開(kāi)。該納米粒子可以由多種物質(zhì)制成，例如二氧化硅，氧化鐵或者聚合物。A.第一示例性方法。一種示例性方法使用了 SiO2納米粒子均勻分散在異丙醇中的溶液(在IPA中5wt% 的SiO2)的旋涂，該納米粒子的粒度是12-30nm，旋涂轉(zhuǎn)速是4000RPM。在旋涂之后，將該樣 品在高溫加熱，導(dǎo)致溶劑蒸發(fā)。一旦該樣品干燥，則將40nm的Ag濺射沉積到上面，目的是 包敷該SW2納米粒子以及其之間的裸露硅空間。將樣品在HF/H2&溶液中浸漬10分鐘的 時(shí)間。蝕刻反應(yīng)在Ag/Si界面開(kāi)始，并且該納米粒子充當(dāng)了屏障物，通過(guò)其來(lái)掩蔽和定義納 米結(jié)構(gòu)。納米粒子的尺寸(其是根據(jù)期望的應(yīng)用來(lái)選擇的)影響所形成的一維納米結(jié)構(gòu) 的尺寸和形狀。一些聚團(tuán)在SiO2納米粒子之間發(fā)生，產(chǎn)生了單個(gè)聚團(tuán)量級(jí)的尺寸。通過(guò)選 擇該粒子在溶液中的濃度以及沉積/旋涂該粒子的方法，能夠?qū)⑿纬杉{米線的聚團(tuán)限制到 12-70nm。結(jié)果表示在圖1中。B.第一選項(xiàng)。在上述方法的一種變化中，使用氧化鐵納米粒子(5-lOnm)，其的表面已經(jīng)用油酸 進(jìn)行了預(yù)處理，并且其分散在氯仿中。進(jìn)行這種表面處理的目的是防止聚團(tuán)和保持穩(wěn)定的 納米粒子懸浮液。在這種情況中，旋涂不是必需的。納米粒子在硅基底上的沉積是如下來(lái) 實(shí)現(xiàn)的將幾滴溶液在靜態(tài)條件(無(wú)旋轉(zhuǎn))滴到所述表面上。在室溫的快速蒸發(fā)產(chǎn)生了氧 化鐵粒子在硅基底上的單分散層，具有很少到?jīng)]有的聚團(tuán)。不希望受限于理論，據(jù)信該單分 散層至少部分的是由預(yù)先設(shè)計(jì)的表面張力性能和溶劑的高蒸氣壓形成的。在這種可選擇的方法中，將Ag濺射沉積到所述表面上，并且向該基底及其之間的 空間涂覆氧化鐵粒子。將該樣品浸入類似的HF/H202溶液中，目的是開(kāi)始蝕刻反應(yīng)和形成納 米線。該結(jié)果的一個(gè)例子從圖2中可見(jiàn)。這里由于該干燥方法而出現(xiàn)了一些集束，使得難 以精確的確定實(shí)際的納米線尺寸。但是，全部可測(cè)量的結(jié)構(gòu)的直徑小于30nm。
C.第二選項(xiàng)。在所述方法另外一種變化中，可以使用其他氧化劑來(lái)代替H2O2-HF蝕刻劑溶液中 的h202。氧化劑是這樣一種物質(zhì)，其容易轉(zhuǎn)化氧原子或者在氧化還原化學(xué)反應(yīng)中傾向于獲 得電子。一種這樣的氧化劑是純氧，其可以通過(guò)將氧氣鼓泡通過(guò)HF來(lái)引入。其他氧化劑包 括臭氧，氯，碘，高氯酸銨，高錳酸銨，過(guò)氧化鋇，溴，氯酸鈣，次氯酸鈣，三氟化氯，鉻酸，三 氧化鉻(鉻酸酐)，過(guò)氧化物例如過(guò)氧化氫，過(guò)氧化鎂，過(guò)氧化二苯甲酰和過(guò)氧化鈉，三氧化 二氮，氟，高氯酸，溴酸鉀，氯酸鉀，過(guò)氧化鉀，硝酸丙基酯，氯酸鈉，亞氯酸鈉和高氯酸鈉。令人期望的是可以使用較低反應(yīng)性的可選擇的氧化劑來(lái)代替H202。比較朝著沉 積的金屬(例如，銀)的反應(yīng)性，在氧化劑的選擇中硅或者二氧化硅是令人感興趣的。反 應(yīng)性可以例如如下來(lái)測(cè)量通過(guò)在具體的時(shí)間期間內(nèi)，反應(yīng)進(jìn)行的程度來(lái)測(cè)量，或者如物理 化學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)教科書(shū)中所討論的那樣，通過(guò)測(cè)量反應(yīng)速率來(lái)測(cè)量。(參見(jiàn)例如，Peter W. Atkins & Julio de Paula, Atkins' Physical CXewi1Siir (第 8 版，2006)，特別是第 22 和23章)。測(cè)量可以在這樣的條件下進(jìn)行，例如在類似于蝕刻方法的這些溫度和壓力進(jìn)行。一種示例性的方法如下
選擇電阻率大于20 ohm-cm的硅材料，其的表面具有(100)，(110)，(111)或者任何可 利用的取向。如果進(jìn)行下面的方法，則無(wú)定形的和/或微晶材料也將產(chǎn)生垂直取向的納米 線。使用一系列的溶劑，通過(guò)將每個(gè)在丙酮、甲醇和異丙醇中超聲波清洗3分鐘，來(lái)對(duì) 所述基底進(jìn)行預(yù)清潔。然后將該基底在流動(dòng)的去離子水(DI)的儲(chǔ)槽中沖洗3分鐘，來(lái)除去 溶劑清潔中剩余的任何殘留物。將該硅置于由3份96%H2S04和1份30wt%H2&構(gòu)成的食人 魚(yú)洗液(Piranha solution)中15分鐘，目的是除去任何另外的有機(jī)物和產(chǎn)生親水表面。然 后從浴液中取出該基底，并且再次置于流動(dòng)的去離子水(DI)的儲(chǔ)槽中3分鐘，來(lái)除去任何 殘留的酸。取出該基底，并且用氮?dú)獯蹈?。IOnm氧化鐵納米粒子在氯仿中的膠體懸浮液是通過(guò)將來(lái)自O(shè)ceanNanotech的產(chǎn) 品#S0R-10-0050稀釋到lmg/mL的濃度來(lái)制備的。如下來(lái)用氧化鐵涂覆所述的硅晶片將 所述的硅浸入到該膠體懸浮液中，然后除去基底，以使得表面通常垂直于運(yùn)動(dòng)的垂直方向， 來(lái)使得氯仿鋪展在該表面上。親水表面和油酸官能化的氧化鐵納米粒子性質(zhì)的組合，產(chǎn)生 了一種自然的自組裝，其限制了聚團(tuán)，并且給粒子帶來(lái)了一些合理的空間。然后將該樣品在 80°C的輕便電爐上焙烤2分鐘，并且在金屬沉積之前，使用原位O2等離子體進(jìn)行清潔。另外氧化鐵納米粒子之外，IOOnm聚苯乙烯球也在這種方法中連續(xù)使用。在這種 情況中，親水表面是在上述的硅基底上產(chǎn)生的。將聚苯乙烯球(購(gòu)自Duke Scientific Corporation)稀釋到1%的濃度，并且以500RPM速度旋涂到基底上k，然后升高到2000RPM 旋涂40s。該聚苯乙烯球在所述表面上產(chǎn)生了單個(gè)的單層。在將該樣品插入到金屬沉積工 具(30W，200mTorr)之前，使用O2等離子體來(lái)降低等離子去膠機(jī)中的聚苯乙烯球的尺寸和 空間。在等離子體清潔過(guò)程中加熱所述樣品，這會(huì)改變聚苯乙烯的性能(或者熔融)，使得 它難以繼續(xù)該收縮過(guò)程。為了解決這個(gè)問(wèn)題，將聚苯乙烯使用1分鐘的短間隔進(jìn)行蝕刻，從 工具上除去基底，并且在下一個(gè)1分鐘蝕刻之前，將它冷卻到室溫。優(yōu)選該收縮方法是在用 Ar或者&的金屬沉積之前，在原位進(jìn)行的(在金屬沉積工具內(nèi))。銀(Ag)是經(jīng)由物理氣相沉積，在濺射器，熱蒸發(fā)器或者電子束蒸發(fā)器中沉積的。令人期望的是產(chǎn)生連續(xù)的膜，這里沒(méi)有破裂或者裂縫，該破裂或者裂縫會(huì)使得膜的一部分 變成與其余部分分開(kāi)。因?yàn)镠F濃度是變化的，因此最佳膜厚必需變化。一旦所述晶片涂覆了適當(dāng)?shù)腁g膜，則在開(kāi)始蝕刻反應(yīng)之后，將該HF溶液是陳化。 HF的濃度可以從飽和濃度(大約49wt%) —直降低到非常低的名義濃度。初始的觀察表明， 所形成的納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度隨著HF濃度的降低而增大。可以使用低到2襯％和更低的濃度。 例如可以使用8wt%的HF溶液。將O2氣流入到所述浴液中，來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)力的鼓泡，持續(xù)10分鐘。一旦該浴液陳化，則 浸入所述樣品。在該蝕刻完成時(shí)，除去樣品，并且放入流動(dòng)的DI水儲(chǔ)槽中，用隊(duì)吹干。在 這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，表面上剩余的Ag可以用銀蝕刻劑，例如由Transene Corporation提供的蝕刻 劑來(lái)除去。圖3表示了一種裝置，使用氧氣作為氧化劑。這里有存儲(chǔ)HF蝕刻劑40的容器。在 該容器中，存在著銀/硅基底42。這里有氧氣源44，其產(chǎn)生氧氣泡例如46和48。該氧氣源 入口可以置于基底水平線之處、之上或者之下。使用這種不太強(qiáng)的氧化劑，全部的線是通過(guò) 有意設(shè)計(jì)的納米粒子掩模來(lái)形成的，其旋涂到所述表面的上面。很顯然，在蝕刻過(guò)程中在該 金屬膜中沒(méi)有形成缺陷。使用可選擇的氧化劑的方法的一種優(yōu)點(diǎn)是它們能夠消除在上述方法的一些變化 中所形成的無(wú)意納米線(“草”)，同時(shí)仍然產(chǎn)生令人期望的亞-IOOnm納米線，同時(shí)使用薄 的連續(xù)金屬層，用于硅的催化蝕刻。圖4表示了無(wú)意納米線。避免這些無(wú)意納米線既節(jié)約 了用于消除它們的蝕刻步驟，還避免了這樣的蝕刻步驟所導(dǎo)致的納米結(jié)構(gòu)的角落和邊緣的 圓化。雖然不希望受限于理論，但是據(jù)信在本發(fā)明這些方法中所用的一些可選擇的氧化 劑不侵襲金屬，或者對(duì)金屬的侵襲程度遠(yuǎn)低于h202。這可能是為什么使用可選擇的氧化劑 的方法避免了無(wú)意納米線形成的原因。為此原因，令人期望的是使用這樣的氧化劑，其與金 屬的反應(yīng)沒(méi)有H2A那樣容易，或者與金屬的反應(yīng)速率低于H2O2。為了避免無(wú)意線，令人期望的是該金屬膜沒(méi)有小的無(wú)意空穴，并且沉積在沒(méi)有氧 化物的清潔的硅表面上。本發(fā)明方法另外一種優(yōu)點(diǎn)是它們能夠在特定的晶體取向上延伸。使用本發(fā)明的至 少一些方法，不管硅表面的晶體取向如何，該納米線將至少大致垂直于所述表面進(jìn)行蝕刻。 為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，令人期望的是該金屬膜不具有破裂或者裂縫，該破裂或者裂縫會(huì)導(dǎo) 致膜的一部分與其余部分分開(kāi)。還令人期望的是該金屬膜具有足夠的粘附性，并且沉積在 清潔的硅表面上。在納米線軸和垂直于基底的矢量之間期望的角度可以例如小于大約0. 25 度，大約0. 5度，大約1度或者大約2度。使用本發(fā)明的方法，可以制造具有明顯錐度的線，這導(dǎo)致該線的直徑隨著蝕刻的 進(jìn)行稍有增加。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該錐度隨著HF濃度的增加而增加。對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該錐度不 是令人期望的。但是，對(duì)于光伏應(yīng)用來(lái)說(shuō)，錐度會(huì)是有益的。例如，使用微小的錐度，納米線 中的游離載體將沖出所述線的邊緣，并因此傾向于向下蔓延向基底。如果該光伏電池的p-n 結(jié)處于基底中，而非納米線中，則可以預(yù)期這種朝著基底提高的擴(kuò)散會(huì)提高電池的效率。令 人期望的錐角可以是例如不大于大約0. 5度，大約1度，大約2度或者大約4度，或者是大 約0. 5度到大約1度，大約2度或者大約4度。
使用本發(fā)明的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)納米線的平均直徑(例如，具有平均值或者中值)低 于大約150nm，低于大約125nm，低于大約lOOnm，低于大約70nm或者低于大約50nm。小的 納米線在某些應(yīng)用中是重要的，例如其中該小的尺寸改變了硅的帶結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中。期望的 是例如大部分的或者至少大約75%或者大約90%或者大約95%的納米線的直徑小于所選擇 的尺寸例如上述的這些尺寸。D.應(yīng)用。本發(fā)明的方法用于將硅構(gòu)造成光電裝置(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(i))。它們可以用于利用 光電子或者光伏效應(yīng)的裝置中，例如太陽(yáng)能電池(參見(jiàn)例如參考文獻(xiàn)(j)和(k))，光電探測(cè) 器，光電二極管(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(a))，光電晶體管，光電倍增器和集成的光學(xué)電路。經(jīng)由這 種方法制作的硅納米線陣列或者單個(gè)的納米線可以用于這些應(yīng)用的每個(gè)中。本發(fā)明的方法可以用于生產(chǎn)用多晶硅制造的或者包含多晶硅的裝置。本發(fā)明包括 這樣的方法，其能夠與任何晶體取向的硅一起使用。這樣的方法可以用于對(duì)多晶硅的表面 進(jìn)行紋理化和/或形成納米線。多晶硅是一種比晶體硅更便宜的材料，但是它典型的比單 晶硅更難以紋理化和結(jié)構(gòu)化，這歸因于所述晶粒的無(wú)規(guī)取向。本發(fā)明的方法同樣能夠用來(lái) 在無(wú)定形硅中形成納米線。硅納米線陣列可以用于這樣的應(yīng)用中，在其中硅將經(jīng)歷應(yīng)力或者應(yīng)變，在這里該 納米結(jié)構(gòu)能夠吸收和松弛這種應(yīng)力或者應(yīng)變。例如，納米線能夠充當(dāng)體硅與另外一種在其 上面生長(zhǎng)的材料(其與體硅之間不是晶格匹配的)之間的界面層。本發(fā)明的方法還能夠應(yīng)用于鋰離子電池工藝。已經(jīng)觀察到硅是鋰離子電池中的陽(yáng) 極材料的一種期望的備選品，這歸因于它低的放電勢(shì)和高的帶電能力。它在過(guò)去的應(yīng)用是 有限的，這歸因于與離子插入和離子抽出有關(guān)的體積大的變化。在硅中形成的大量的應(yīng)力 和應(yīng)變導(dǎo)致硅層降解，產(chǎn)生了非常短的性能壽命。由于納米線能夠經(jīng)受這些應(yīng)力和應(yīng)變，因 此對(duì)它們進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(1))。在鋰離子電池陽(yáng)極的制造中，本發(fā)明方法 所提供的這樣的能力是有利的，即，形成良好有序的和對(duì)準(zhǔn)的納米結(jié)構(gòu)，并且對(duì)所形成的直 徑和它們之間的空隙間隔進(jìn)行有力控制這樣的能力。另外，這樣的事實(shí)，即，多孔硅(納米 孔或者微孔)還可以經(jīng)由本發(fā)明的方法來(lái)制作這樣的事實(shí)，將使得人們能夠制作另外一種 陽(yáng)極幾何結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受鋰離子電池應(yīng)用中的離子插入/抽出的應(yīng)力和應(yīng)變。另外還可以形成特定類型的硅(所謂的η類型)之外的多孔模板或者硅納米線陣 列，并且利用備選的技術(shù)例如蒸氣，液體，固體(VLS)方法來(lái)用ρ類型的硅納米線填充所述 的孔，產(chǎn)生新的η/ρ結(jié)的構(gòu)造，其能夠用于廣泛的多種光電的(LED，光伏的)和電子的(晶 體管)應(yīng)用。(關(guān)于VLS方法的一些總說(shuō)明，參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(ρ))。這種方法是特別有利的，因 為Ag粒子(其催化了硅基底的蝕刻，來(lái)形成模板)還能夠用于催化孔底部的線的生長(zhǎng)(例 如，在VLS或者VSS這)，來(lái)合成該線。另外，該Ag粒子能夠充當(dāng)用于所述裝置的電接線。 不同于硅的廣泛的多種材料也可以在模板中形成。幾個(gè)例子是Bi，Ge, GaN, SiO，和GaAs。本發(fā)明的方法可以用來(lái)產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)，其使得硅進(jìn)入到中間帶光伏材料(IBPV) 中。(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)(η))。硅具有用于IBPV的優(yōu)異的帶結(jié)構(gòu)，限定能夠增強(qiáng)具體的電子躍 遷的強(qiáng)度。進(jìn)行此的唯一方式是形成硅納米線的致密陣列，并且具體控制線的直徑，摻雜和 晶體取向，如參考文獻(xiàn)(i)所述。本發(fā)明的方法可以用于制造這樣的納米線陣列。下面的參考文獻(xiàn)是與本申請(qǐng)有關(guān)的和令人感興趣的(a)K. Peng, Ζ. Huang，和 J. l\m, Adv. Mater. 16(1) (2004)73-76 ；
(b)Τ. Qiu, X. L. Wu, X. Yang, G. S. Huang,禾口 Ζ· Y. Zhang, App. Phys. Lett.，84 (19) (2004)3867 ；
(c)H. Fang, Y. Wu, J. Zhao,禾口 J. Zhu, Nanometer technology11 (2006) 3768 禾口 Y. Yang, P. Chu, Z. Wu, S. Pu, T. Hung, K. Huo, G. Qian, W. Zhang, X. W, AppL Surf. Sci. 254 (2008) 3061 禾口 X.Li 禾口 P. Bohn，人Zeii. 77(16) (2000)2572 禾口 H. Asoh，F(xiàn). Arai, S. Ono, Electrochem. Comm. 9(2007)535 ；
(d)K. Peng, J. Hu, Y. Yan, Y. Wu, H. Fang, Y. Xu, S. Lee，和 J. Zhu Adv. Mat. 16 (2006) 387 ；
(e)Ζ. Huang, H. Fang, J. Adv. Fun. Mat. 19 (2007) pg. 744 ；
(f)K.Peng, M. Zhang , A. Lu, N. Wong, R. Zhang, S. Lee, App. Phys. Lett. 90(2007) 163123 ；
(g)US臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/044573,2008年4月14日申請(qǐng);
(h)US臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/195872,2008年10月9日申請(qǐng)；
(i)US專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2007/0278476,2007年2月27日申請(qǐng)；
(j) L. Tsakalakos, J. Balch, J. Fronheiser 等 人 App. Phys. Lett. 91 (23)
(2007)233117；
(k)M. D. Kelzenberg, D. B. Turner-Evans, B. Μ. Kayes ^ K, Nano Lett. 8 (2)
(2008)710-714；
(1) C. K. Chan, H. Peng, G. Liu, K. McI 1 wrath, X. F. Zhang, R. A. Huggins,禾口 Y. Cui Nature 3(2008)31-35 ；
(m) US公開(kāi)專利申請(qǐng)No. 2007/0190542,2006年10月3日申請(qǐng)； (n)A. Luque, A. Marti, Phys. Rev. Lett. 78(26) (1997)5014—5017 ； (o)Q. Shao, A. A. Balandin,^/ . Phys. Lett. 91 (2007) 163503 ； (ρ) Y. Cui 等)κ, App. Phys. Lett. 78 (2001) 2214-22160
全部的專利，專利申請(qǐng)和其中所提及的公開(kāi)文獻(xiàn)在此以它們?nèi)恳胱鳛閰⒖肌?但是，在將包含措詞定義的專利，專利申請(qǐng)或者公開(kāi)文獻(xiàn)引入作為參考的情況中，這些措詞 定義應(yīng)當(dāng)理解為可以應(yīng)用于它們存在于其中的所引入的專利，專利申請(qǐng)或者公開(kāi)文獻(xiàn)中， 并且不可應(yīng)用于該申請(qǐng)文本的其他部分中，特別是該申請(qǐng)的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)準(zhǔn)的硅納米線陣列，該硅納米線在基底的晶體硅表面上附著到該基底上，其 中大部分的該納米線的直徑不大于大約150nm，并且至少大致垂直地附著到該基底上，其中 在該陣列附著之處的晶體硅表面是處于不同于(100)和(111)的取向上的晶體平面。
2.權(quán)利要求1所述的陣列，其中該硅表面的至少一部分涂覆有銀。
3.權(quán)利要求1所述的陣列，其中大部分的納米線的直徑低于硅中的電子或者空穴的相 干長(zhǎng)度。
4.權(quán)利要求1所述的陣列，其中大部分的納米線的直徑低于硅的電子或者空穴的德布 羅意波長(zhǎng)。
5.一種蝕刻的納米線陣列，其中至少大約75%的納米線的直徑低于大約150nm。
6.權(quán)利要求5的納米線陣列，其中該蝕刻是在反應(yīng)性低于H2O2的氧化劑存在下進(jìn)行的。
7.—種納米線陣列，其包含多晶硅。
8.權(quán)利要求7的納米線陣列，其中該陣列是通過(guò)蝕刻基底來(lái)形成的，該基底主要包含 無(wú)定形的或者多晶硅。
9.權(quán)利要求8的納米線陣列，其中該陣列中的大部分納米線的直徑不大于150nm。
10.一種蝕刻含硅基底來(lái)形成結(jié)構(gòu)的方法，其包含步驟(a)將納米粒子沉積到含硅基底的表面上，(b)以如下方式將金屬沉積到該納米粒子和硅的上面，即，該金屬在期望蝕刻之處存在 和與硅接觸，并且在其他地方被阻止與硅接觸或者不存在，和(c)將該金屬化基底與蝕刻劑水溶液接觸，該水溶液包含大約2-大約49重量％的HF 和氧化劑，其中該方法得到納米線陣列，其中納米線的平均直徑小于大約125nm。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中該氧化劑是鼓泡通過(guò)該蝕刻劑水溶液的氧氣。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中在步驟(b)中沉積和圖案化的金屬是銀。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中銀的厚度小于大約50nm。
14.權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(a)-(c)得到納米線陣列，其中平均納米線直徑 小于大約lOOnm。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中步驟(a)-(c)得到納米線陣列，其中所述納米線直徑 小于大約50nm。
16.權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(a)-(c)得到錐形的納米線陣列，以使得納米線 的底部大于尖端。
17.權(quán)利要求10所述的方法，其中該納米粒子充當(dāng)了所述金屬和含硅基底之間的屏障 物，來(lái)防止該金屬與基底的某些區(qū)域中的硅接觸。
18.權(quán)利要求10所述的方法，其中使用該納米粒子來(lái)除去不期望蝕刻之處的金屬，并且暴露出硅表面。
19.權(quán)利要求10所述的方法，其中在金屬沉積之前，該含硅基底是體硅晶片。
20.權(quán)利要求10所述的方法，其中在金屬沉積之前，該含硅基底是在絕緣體上的硅晶片。
21.權(quán)利要求10所述的方法，其中在金屬沉積之前，該含硅基底包含多晶硅或者微晶硅。
22.權(quán)利要求10所述的方法，其中在金屬沉積之前，該含硅基底包含外延生長(zhǎng)的硅。
23.權(quán)利要求10所述的方法，其中在金屬沉積之前，該含硅基底包含在硅上的鍺或者 在硅上的氧化物上的鍺。
24.權(quán)利要求10所述的方法，其中將步驟(a)-(c)的產(chǎn)品進(jìn)一步加工，來(lái)生產(chǎn)光電裝置。
25.權(quán)利要求M所述的方法，其中該光電裝置是發(fā)光二極管。
26.權(quán)利要求10所述的方法，其中將步驟(a)-(c)的產(chǎn)品進(jìn)一步加工，來(lái)生產(chǎn)光元件和/或波導(dǎo)管。
27.權(quán)利要求10所述的方法，其中將步驟(a)-(c)的產(chǎn)品進(jìn)一步加工，來(lái)生產(chǎn)光伏或者 太陽(yáng)能電池裝置。
28.權(quán)利要求10所述的方法，其中將步驟(a)-(c)所產(chǎn)生的圖案與在圖案化和蝕刻的 含硅基底中的電子態(tài)進(jìn)行混合。
29.權(quán)利要求10所述的方法，其中可以選擇所述的硅，來(lái)具有任何期望的晶體取向。
30.權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包含步驟使用步驟(a)-(c)所產(chǎn)生的圖案，來(lái) 作為鋰離子電池的鋰吸收部件。
31.權(quán)利要求10所述的方法，其中繼續(xù)步驟(b)的金屬沉積，以使得不存在會(huì)使膜的一 部分變得與其余部分分開(kāi)的破裂或者裂縫。
32.一種鋰離子吸收材料，其包含硅納米線，該硅納米線是通過(guò)硅的金屬增強(qiáng)的蝕刻來(lái) 制成的。
全文摘要
提供了一種蝕刻含硅基底來(lái)形成納米線陣列的方法。在該方法中，以這樣的方式來(lái)將納米粒子和金屬膜沉積到基底上，即，該金屬在期望蝕刻之處存在和與硅接觸，并且在其他地方被阻止與硅接觸或者不存在。將該金屬化基底浸入到含有HF和氧化劑的蝕刻劑水溶液中。以此方式來(lái)生產(chǎn)具有受控的直徑和長(zhǎng)度的納米線陣列。
文檔編號(hào)B01J20/10GK102084467SQ200980122085
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者A. 布蔡恩 B., 莫達(dá)瓦 F., R. 布萊克 M. 申請(qǐng)人:班德加普工程有限公司