硅納米線陣列

1、硅納米線陣列硅納米線陣列參考文獻 1. 劉莉, 曹陽, 賀軍輝, 等. 硅納米線陣列的制備及其光電應(yīng)用J. 化學(xué)進展, 2013, 25(0203): 248-259. 2. 蔣玉榮, 秦瑞平, 蔡方敏, 等. 硅納米線陣列的制備及光伏性能J. 硅酸鹽學(xué)報, 2013, 41(1): 29-33.內(nèi)容內(nèi)容 1.硅納米線 2.硅納米線陣列 3.SiNWs陣列的應(yīng)用 4.SiNWs陣列的制備 5.SiNWs陣列的局限性硅納米線一維硅納米線是重要的納米光電材料之一。 由于尺寸的減小，硅納米線出現(xiàn)了量子限域效應(yīng) 、非定域量子相干效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)及庫侖阻塞效應(yīng)。硅納米線的這些特殊性質(zhì)，使其在微/納光

2、電子器件中具有巨大的應(yīng)用價值。例如，可用于高性能場效應(yīng)晶體管、單電子探測器和場發(fā)射顯示器件等納米器件的制備。硅納米線陣列硅納米線陣列(silicon nanowires arrays，簡稱SiNWs)是由眾多的一維硅納米線垂直于基底排列而成的，SiNWs陣列與硅納米線之間的關(guān)系如同整片森林與單棵樹木一樣，它除了具有硅納米線的特性外，還表現(xiàn)出集合體的優(yōu)異性能：SiNWs陣列獨特的“森林式”結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的減反射特性，在寬波段、寬入射角范圍都能保持很高的光吸收率，顯著高于目前普遍使用的硅薄膜。SiNWs陣列的應(yīng)用 光電探測器 光電化學(xué)太陽能電池 光解水制氫等光電領(lǐng)域硅納米線陣列的制備 近年來袁

3、為制備有序的SiNWs陣列，研究者先后開發(fā)出多種制備方法，這些方法大體上可分為兩類： “自下而上”(bottom-up)和“自上而下”(top-down)。 前者是從原子或分子出發(fā)控制組裝成SiNWs陣列；而后者則是從體硅(硅片)出發(fā)，經(jīng)化學(xué)刻蝕制得。1.自下而上 目前，“自下而上”的制備方法，主要是化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)與有序排列技術(shù)相結(jié)合。 CVD法是利用氣態(tài)或蒸氣態(tài)物質(zhì)在氣相或氣固界面上反應(yīng)生長固態(tài)沉積物的方法。該法直接在襯底上生長的硅納米線是雜亂的，需要結(jié)合有序排列方法或技術(shù)實現(xiàn)有序SiNWs陣列的制備。例如，CVD與模板法結(jié)合。

4、模板在納米線生長過程中起到了限定納米線的直徑、生長位置和生長方向的作用。模板輔助的CVD法 先利用電子束蒸發(fā)法在Si表面鍍一層Al膜并通過陽極氧化形成多孔結(jié)構(gòu)； 而后用磷酸除去Si表面的SiO2層； 再在孔道內(nèi)無電沉積 Au粒子作為催化劑； 最后利用超真空CVD(Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法分解硅烷氣體，生長出了SiNWs陣列。2.自上而下 傳統(tǒng)的“自上而下”制備硅納米線的方法中，如激光燒蝕法，熱蒸發(fā)法，溶液法及電化學(xué)法等雖能成功制備出大量的硅納米線，卻很難制備出有序排列的SiNWs陣列。 目前，“自上而下”制備有序 SiNWs陣列的主要方法是朱靜課題組

5、首創(chuàng)的金屬催化化學(xué)刻蝕法，該法在常溫常壓、金屬納米粒子的催化作用下，利用刻蝕劑刻蝕硅片，簡單、快速地制備出大面積、高取向的SiNWs陣列且不受硅片晶型和晶向的限制。 金屬催化化學(xué)刻蝕法按照制備過程可分為一步法和兩步法。一步法是將沉積金屬納米粒子與刻蝕過程同步進行，一步反應(yīng)制得SiNWs陣列；兩步法則是將沉積金屬納米粒子與刻蝕過程分開進行。其中，兩步法使用較為廣泛。兩步法主要步驟 硅片的清洗和硅片表面H終端化：用HF浸泡硅片，使硅片表面形成SiH鍵； 硅片表面沉積金屬Ag顆粒：H終端化的硅片浸入到HF和AgNO3的混合溶液中，在硅片表面沉積不連續(xù)的Ag顆粒薄膜； 化學(xué)刻蝕硅片：將沉積了Ag顆粒的硅片浸入到刻蝕液中進行刻蝕，硅片表面上有Ag顆粒覆蓋的位置將被逐漸刻蝕下去，沒有Ag顆粒的位置保持原樣； 稀硝酸溶解除去Ag顆粒。SiNWs陣列的局限性SiNWs陣列在光電領(lǐng)域應(yīng)用時也有其局限性。例如，在常規(guī)的太陽能電池中，SiNWs陣列結(jié)構(gòu)在提高光吸收率的同時卻降低了光電轉(zhuǎn)換效率，其效率甚至低于體硅太陽能電池。這是因為SiNWs陣列較大的比表面積導(dǎo)致了大量的表面缺陷，使得載流子的復(fù)合速率顯著增大。此外，由于SiNWs陣列表面易被腐蝕，導(dǎo)致SiNWs陣列器件的穩(wěn)定性和壽命降低。為了克服SiNWs陣列自身的缺陷，近年來SiNWs陣列表面修飾的