本發明屬于硅微納米結構加工技術領域，具體涉及一種可以控制硅納米線走向的加工方法。

背景技術：

硅微納結構具有突出的小尺寸效應，表面效應，量子尺寸效應等特殊效應，正是由于其具有這些特殊的物理性質且還具有突出的光電學特性、熱穩定性使其在微電子、光電子、mems器件及生化傳感等領域獲得廣泛應用，越來越受到人們的廣泛關注。

制備硅納米線的方法很多，如氣-液-固法、激光刻蝕法、離子反應腐蝕法等，而金屬輔助化學刻蝕法因其突出的優點而得到了廣泛的應用。但是單純的通過金屬輔助化學刻蝕法制備的硅納米線加工質量低下，可重復性低且其生長方向不能得到良好的保證。因此在金屬輔助化學刻蝕法制備硅納米線的基礎上進行更加深入的研究。

技術實現要素：

本發明要解決的問題是提供一種在外加電場作用下金屬輔助化學刻蝕法制備硅納米結構，利用電場來規范金屬離子的運動軌跡，利用電場方向的改變來控制金屬離子的運動軌跡，從而形成清晰穩定的硅納米結構。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：制造可控走向的硅納米線的方法，包括如下步驟：(一)對硅片進行清洗；(二)對硅片進行表面處理，在硅片表面鍍一層貴金屬涂層；(三)在電場方向可調的反應釜內采用刻蝕溶液對鍍銀后的硅片進行刻蝕；(四)去除硅片表面金屬顆粒，干燥。

所述步驟(一)又包括以下步驟：(1)首先去除有機雜質：將硅片放入乙醇和丙酮溶液中超聲清洗15分鐘，結束后用去離子水沖洗干凈；(2)去除貴金屬等無機雜質：將硅片放入1：1的濃硫酸和濃硝酸混合液中超聲清洗10分鐘，結束后用去離子水沖洗干凈；(3)去除氧化膜：將硅片放入氫氟酸溶液中超聲清洗10分鐘，結束后用去離子水沖洗干凈。

所述步驟(二)是在25℃下，將清洗后的硅片放入配制好的貴金屬涂層溶液中，反應時間為1min，待反應結束后用去離子水反復沖洗數次，去除表面的殘液。

所述貴金屬涂層溶液是由agno3和hf溶液混合而成，其中，agno3溶液的摩爾濃度為0.1mol\l，hf溶液的摩爾濃度4.6mol\l，二者的體積比為1：1.2。

所述步驟(三)中蝕刻溶液是由hf和h2o2混合而成，其中，hf溶液的摩爾濃度4.6mol\l，h2o2溶液的摩爾濃度0.02mol\l，二者的體積比為1：1.2。

所述步驟(四)是利用低濃度強氧化性溶液將硅片表面殘留的銀顆粒進行溶解，最后利用去離子水反復沖洗后自然風干。

本發明提出添加外電場來驅動貴金屬離子，通過調整外加電場的的方向來制備不同硅納米線走向的方法。本發明通過改變外加電場的強度與方向來控制ag粒子的走向來制備硅納米線。外加電場可以克服粒子間的作用力，液體阻力等外在干擾因素。從而可以制得重復性高，質量高，穩定的硅納米結構。該方法操作簡單，效率高，適合大規模推廣。

具體實施方式

本發明操作步驟如下：

一.對硅片進行清洗：(1)首先去除有機雜質：將切割好的硅片放入乙醇和丙酮溶液中超聲清洗15分鐘，結束后用去離子水沖洗干凈。

(2)去除貴金屬等無機雜質：將硅片放入1：1的濃硫酸和濃硝酸混合液中超聲清洗10分鐘，結束后用去離子水沖洗干凈。

(3)去除氧化膜：將硅片放入7.3m的氫氟酸溶液中超聲清洗10分鐘，結束后用去離子水沖洗干凈。

上述步驟結束后，取出硅片烘干，在光學顯微鏡下觀察是否清洗干凈，若還有雜質，則重復上述步驟，直至硅表面無任何雜質。

二.對硅片進行表面處理：表面處理指的是在硅片表面鍍一層貴金屬涂層。涂層溶液是由agno3和hf溶液混合而成，agno3溶液的摩爾濃度為0.1mol\l，hf溶液摩爾濃度4.6mol\l，二者的體積比為1：1.2。在25℃下，將清洗后硅片放入配制好的涂層溶液中，反應時間為1min。待反應結束后用去離子水反復沖洗數次去除表面的殘液。

三.對鍍銀后的硅片進行刻蝕。

(1)首先配置刻蝕溶液，蝕刻溶液是由hf和h2o2混合而成，hf溶液摩爾濃度4.6mol\l，h2o2溶液摩爾濃度0.02mol\l，二者的體積比為1：1.2。

(2)將刻蝕液注入反應釜左右容腔中，并且要確保左右容腔中液面高度相同，此處主要依靠安裝與容腔中的液面傳感器實現。待刻蝕液完全注入反應釜容腔中，將硅片放置于反應釜中的硅片托架上。反應釜端蓋上有一個刻度盤，具體刻度為±90°、±80°、±70°、±60°、±50°、±40°、±30°。將滑塊移動到某一刻度時(此時滑塊上的凹槽對準某一個刻度就是對應制備出來的硅納米線的傾角)。將反應釜端蓋上的刻度先調至大刻度值，即先調到90度，也即為電場線方向與硅片垂直，此方向為硅(111)方向，晶面密度最大，面間距最大，引力較小，所以現在該方向進行預刻蝕，反應1min，再慢慢將刻度盤轉向目標刻度，可以加快刻蝕速率，提高刻蝕質量。當需要制備不同刻蝕方向的電場線時，需要在恒溫恒壓條件下，在90度方向進行預刻蝕，然后將刻度盤轉向其他刻度，改變電場線方向與硅片的夾角，進行深度刻蝕30min。刻蝕完成之后，先將反應釜底部的排液孔打開排出腐蝕液，再關閉電源，防止刻蝕液對硅片進行(111)方向的刻蝕，影響刻蝕方向的精度。

惰性電極與所述硅片架相對面為平面。硅片托架包括架體和密封墊。在反應釜腔室中間部位有一個卡槽，可以將架體連同密封墊一起插入該卡槽。密封墊圈是為了更好隔絕左右腔室，防止反應溶液從硅片托架部位滲漏。

四.刻蝕反應后處理

(1)去除硅片表面金屬顆粒。蝕刻反應結束以后將硅片取出，利用低濃度強氧化性溶液將硅片表面殘留的銀顆粒進行溶解以達到去除銀顆粒的目的。

(2)干燥。將處理好的硅片利用去離子水反復沖洗后自然風干。

實施例1：

(1)將一片的n型(111)硅片清洗干凈后放入agno3和hf的混合液中，其中agno3的摩爾濃度為0.1mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，并且二者的體積比為1：1.2，反應時間為1min；

(2)配置刻蝕液。刻蝕液是hf和h2o2的混合溶液。其中h2o2的摩爾濃度為0.02mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l.配置好蝕刻液后，啟動電源，控制系統控制電機抽取刻蝕液到反應釜左右兩腔至液面等高以后斷開電源。將鍍ag過的硅片放入反應釜中

(3)待(2)完成以后，滑動滑塊將滑塊上的凹槽對準90度刻度線，啟動與石墨電極相連的直流電源，先預刻蝕一分鐘，然后再將刻度盤轉向60度刻度線，直流電源的電流密度為0.5ma/cm²。

(4)在25℃下反應60min，打開反應釜底部排液孔，排出刻蝕液，取出硅片，得到相應的硅三維納米結構。

實施例2

本實施例與實施例1的不同之處在于：涂層溶液配比為agno3的摩爾濃度為0.008mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，電場線與硅片夾角變為45度。

實施例3

本實施例與實施例1的不同之處在于：刻蝕液中h2o2的摩爾濃度為0.04mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，電場線與硅片夾角變為45度。

實施例4

本實施例與實施例1的不同之處在于：刻蝕液中h2o2的摩爾濃度為0.04mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l.，電場線與硅片夾角變為70度。

實施例5

涂層溶液配比為agno3的摩爾濃度為0.008mol\l，hf的摩爾濃度為4.6mol\l，電場線與硅片夾角變為70度。

實施例6

本實施例與實施例1的不同之處在于：增加預刻蝕的時間為5min。

本發明屬于新型硅表面納米結構的可控性加工方法，屬于新材料與納米材料技術領域。其主要通過添加外加電場來穩定和控制貴金屬粒子的運動軌跡，克服了粒子間作用力，液體粘性阻力等不利因素，有效的解決了傳統金屬輔助化學刻蝕方法加工的硅納米線可重復性低，加工質量低下的特點。在微電子、光電子、太陽能電池以及傳感器等方面具有重要的應用前景。