专利名称：快速生长纳米硅丝的方法
技术领域：
本发明涉及纳米硅丝的生长方法。
背景技术：
纳米材料以其优异的性能现在正得到越来越多的关注。纳米硅丝由于其量子局域效应，具有良好的红光发射性能，可望与传统的硅基大规模集成电路结合，在光电器件中得到应用。此外，通过对纳米硅丝掺杂，可制备出纳米尺度的微型二极管和三极管，在纳米电子领域发挥重要作用。但是到目前为止，低成本大产率的制备纳米硅丝的方法还比较缺乏。
纳米硅丝目前的制备方法一般有激光烧蚀法、加热硅和硅氧化物粉末、气相沉积法等，这些方法的普遍缺点是制备时间过长，制备温度高，导致产率低，成本过高。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速生长纳米硅丝的方法。
本发明方法步骤如下首先将抛光硅片进行化学清洗，去除硅片表面的杂质，然后利用镀膜设备在硅片表面镀一层金属膜作为催化剂，再将其置入快速热处理设备中，在1～10秒内升温至800～1250℃，于保护气下热处理10～500秒，冷却，可在硅片表面产生大量硅纳米丝。
上述的金属膜可以是任意一种金属膜，如金、镍、铁，通常，为了制备方便，以采用金膜为好。所说保护气可以是氩气或氮气。
本发明采用快速热处理，在镀催化剂的硅片表面生长纳米硅丝，热处理时间短，只需要几十秒就可制备出大量的纳米硅丝，设备简单，成本低，产率高，可望大规模推广使用。
图1是用本发明方法制得的样品表面扫描电镜照片。
具体实施例方式
采用2×2cm单面抛光的P型<100>单晶硅片，电阻率10～12Ω·cm作为衬底材料，用弱氢氟酸(5％)、丙酮和去离子水先后清洗，待烘干后用镀膜机在表面镀一层薄金膜作为催化剂。随后将样品置入快速热处理设备的样品架上，通氩气作为保护气。利用铂铑合金热电偶监测温度。快速热处理过程可采用一步到位法，在10秒内快速直接升温至1150℃，在此温度下保温30秒，然后关闭热源冷却样品。冷却方式可采用水冷加风冷。
样品冷却后用扫描电子显微镜(SEM)观测生成的纳米硅丝的表面形貌(见图1)，从图1中可以看到大量的纳米硅丝已经形成，直径从几十纳米到300纳米不等，长度达10微米量级。这是由于高温促使硅表面原子脱附并与金原子形成共融液滴(硅金合金的最低共熔点为363℃)，由于持续有硅原子进入液滴，导致合金中硅分量过饱和，不断分凝出纳米尺度的硅丝。
权利要求
1.快速生长纳米硅丝的方法，其特征是步骤如下首先将抛光硅片进行化学清洗，去除硅片表面的杂质，然后利用镀膜设备在硅片表面镀一层金属膜作为催化剂，再将其置入快速热处理设备中，在1～10秒内升温至800～1250℃，于保护气下热处理10～500秒，冷却即可。
2.根据权利要求1所述的快速生长纳米硅丝的方法，其特征是所说的金属膜是金膜。
3.根据权利要求1所述的快速生长纳米硅丝的方法，其特征是所说保护气是氩气或氮气。
全文摘要
本发明公开的快速生长纳米硅丝的方法步骤如下首先将抛光硅片进行化学清洗，去除硅片表面的杂质，然后利用镀膜设备在硅片表面镀一层金属膜作为催化剂，再将其置入快速热处理设备中，在1～10秒内升温至800～1250℃，于保护气下热处理10～500秒，冷却。本发明采用快速热处理，在镀催化剂的硅片表面生长纳米硅丝，热处理时间短，只需要几十秒就可制备出大量的纳米硅丝，设备简单，成本低，产率高，可望大规模推广使用。
文档编号C30B29/00GK1528957SQ20031010800
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者汪雷, 卢晓敏, 杨德仁, 汪 雷 申请人:浙江大学