金属辅助化学刻蚀磁效应作用下硅纳米结构的研究

发布时间：2020-11-20 04:51

　　 纳米结构的研究,在当今科学技术发展前沿中属于热门研究领域。硅微纳米结构在纳米材料领域是重要学科之一。目前,硅微纳米结构具有十分重要作用,其凭借优越的物理化学特性、光电学特性、热稳定性以及表面特性等引人注目。现在制备硅微纳米结构的方法众多,金属辅助化学蚀刻法(Ma CE)因其独特的优点,成为目前制备硅微纳米结构的主要方法之一。Ma CE制备硅纳米结构的过程实质是在化学反应体系中刻蚀单晶硅,但是化学反应内部变量参数(例如,贵金属类型和形貌、刻蚀剂、Si基底的内在特性、温度和光照等)之间的关联性、相互制约性难以精确把握,导致在制备硅纳米结构的过程中存在诸多不确定性,这也使得该工艺方法在精准制备硅纳米结构方面存在重复性低下等问题。因此,原有化学腐蚀体系调控制备硅纳米结构还需进行更加深入的研究。本文根据Ma CE电化学腐蚀制备硅纳米结构的机理,将磁场融入Ma CE中,在磁效应作用下Ma CE制备硅纳米结构,突破化学反应体系的局限性,为硅纳米结构的可控性制备提供一种新方法。本文详细讨论了磁效应和磁场强度、Ag沉积时间和氧化剂浓度对硅纳米结构形貌和其表面减反性的影响。本文的主要研究内容如下:(1)介绍了课题背景意义,总结了基于金属辅助法制备硅纳米结构的方法以及硅纳米结构的应用。(2)详细地叙述了Ma CE蚀刻机理。根据Ma CE机理引出硅微纳米结构形貌调控机理,重点叙述了纳米线走向的调控、刻蚀速率的影响因素。根据上述机理总结了Ma CE目前技术难点,引出磁场融入Ma CE的想法,重点分析了磁效应下对刻蚀反应的作用,为后续研究提供理论基础。(3)实验研究。设置实验组检验磁场的融入对硅纳米结构形成的影响程度。利用单一变量法,设置四个不同实验组,分别探究四个因素对硅纳米结构的影响,为后续对四个因素的定性分析提供实验验证支撑点。最后叙述了所用实验器械、实验试剂以及实验具体流程。(4)根据实验结果SEM图,详细分析了磁效应和磁场强度、磁效应作用下Ag沉积时间和氧化剂浓度对硅纳米结构的形貌影响,主要评价体系是SEM图显示的硅纳米结构形貌和反应的蚀刻速率。通过分析得到磁效应作用可以促进硅纳米结构的形成,磁场强度可以加快刻蚀速率和提高硅纳米阵列的长度,同时给出了磁效应作用下Ma CE制备硅纳米线的模型。在磁效应作用下在一定范围内Ag沉积时间会影响硅纳米线之间的间隙和间距,氧化剂浓度可以加快刻蚀速率和提高硅纳米线阵列的长度。通过分析可以得到最优磁场强度、磁效应作用下Ag沉积时间和氧化剂浓度最优值。(5)通过介绍硅纳米结构的减反射理论,分析了磁效应和磁场强度、磁效应作用下Ag沉积时间和氧化剂浓度对纳米结构硅基表面减反性的影响。最后通过对比分析得到反射率最低值所需条件,优化制备工艺。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 金属辅助化学刻蚀制备硅微纳结构的概述
        1.2.1 简单金属辅助刻蚀法
        1.2.2 形貌复杂的金属催化剂辅助刻蚀法
        1.2.3 纳米球模板法
        1.2.4 阳极氧化铝（AAO）模板法
    1.3 硅纳米结构的应用
        1.3.1 太阳能电池
        1.3.2 电化学储能
        1.3.3 光电探测器
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 基于MaCE调控硅纳米结构机理
    2.1 引言
    2.2 金属辅助化学刻蚀法机理
    2.3 硅纳米形貌结构调控机理
        2.3.1 对硅纳米结构形貌的调控
        2.3.2 对蚀刻速率的影响
    2.4 硅纳米结构的制备工艺
        2.4.1 MaCE制备硅纳米结构的技术难点
        2.4.2 磁效应对硅纳米结构制备的影响
    2.5 本章小结
第3章 实验方案和表征仪器
    3.1 引言
    3.2 实验方案
        3.2.1 磁效应作用下Ag沉积时间对制备硅纳米结构形貌的影响
        3.2.2 磁场强度对制备硅纳米结构形貌的影响
        3.2.3 磁效应作用下氧化剂含量对制备硅纳米结构形貌的影响
        3.2.4 磁效应对制备硅纳米结构形貌的影响
    3.3 实验设备
        3.3.1 实验器械
        3.3.2 实验试剂
    3.4 实验流程
    3.5 本章小结
第4章 MaCE法磁效应下硅纳米结构的形貌分析
    4.1 引言
    4.2 Ag沉积时间的影响
    4.3 磁效应的影响
    4.4 磁场强度的影响
    4.5 氧化剂的影响
    4.6 本章小结
第5章 磁效应作用下MaCE制备的硅纳米结构减反性研究
    5.1 引言
    5.2 硅纳米结构的减反理论
    5.3 磁效应对MaCE制备出硅纳米结构减反性的影响
        5.3.1 磁效应对减反性的影响
        5.3.2 磁场强度对减反性的影响
    5.4 Ag沉积时间对减反性的影响
    5.5 氧化剂浓度对减反性的影响
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录

【参考文献】

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1 刘莉;曹阳;贺军辉;杨巧文;;硅纳米线阵列的制备及其光电应用[J];化学进展;2013年Z1期

2 黄敏敏;朱兴龙;;硅光电探测器的发展与应用[J];机械工程与自动化;2011年06期

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3 赵丽娟;硅纳米线的制备及光学性能研究[D];郑州大学;2013年

4 佘星欣;硅纳米线可控性生长及图形化制备[D];哈尔滨工业大学;2012年

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6 谢卫强;硅纳米线的制备及其光学性质的研究[D];上海交通大学;2011年

本文编号：2890979