何祖东等：一步纳米银催化刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列 ·925· 10μm 20m 10m I um 图2不同AgN03浓度下获得的硅纳米线的扫描电镜图.(a~b)0.003molL1:(c~d)0.02mdL1;(e~f)0.4mdlL1 Fig.2 SEM images of SiNWs prepared under different AgNO3 concentrations:(a-b)0.003 mol-L;(e-d)0.02 mol-L (-f)0.4 mol.L 液中过剩的Ag*在已经生成的纳米线表面形核生 底部硅的溶解是硅纳米线生长的保证，而HF酸又 长，同时硅纳米线也伴随着氧化和溶解，最终使硅片 是硅溶解的反应物，较高的HF浓度更有利于硅的 表面一些区域的纳米线完全溶解或坍塌形成一堆纳 溶解，从而使硅纳米线具有更快的生长速度.对样 米线簇，如图2（ε）和(f)所示.将硅纳米线进行放 品中纳米线的顶部进行放大，如图3(b)和(d)所 大表征后可以发现，这些硅纳米线表面十分粗糙，这 示，发现硅纳米线具有一个疏松多孔的顶部和一个 是由于银纳米颗粒的氧化腐蚀所致. 致密的底部，同时硅纳米线的多孔结构随HF浓度 2.3HF浓度对多孔硅纳米线形貌结构的影响 的增加而增多.这样的结构特点可能归因于纳米线 为了研究HF浓度对硅纳米线阵列形貌结构的 顶部处拥有较大量的Ag,这些Ag离子的随机形 影响，选取了两种不同浓度的HF溶液进行实验.制 核导致硅纳米线侧向腐蚀，使得硅纳米线顶部表现 备参数如下：HF溶液浓度分别是4.6mol-L-1和9.2 出多孔的结构特点.相比于HF浓度为2.3molL1 mol·L1;腐蚀时间60min;AgNO3浓度0.02mol· 时获得的硅纳米线（如图2(c)所示），本实验中获 L1.样品的截面扫描电镜表征如图3所示. 得的硅纳米线更长，且随着硅纳米线的延伸Ag+浓 通过样品的截面表征可以发现，硅纳米线的生 度不断降低，同时Ag+形核的氧化能力也不断变弱， 长速度随着HF酸浓度的增加而增加.银纳米颗粒 从而导致硅纳米线底部显示出致密的固态结构.何祖东等: 一步纳米银催化刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列 图 2 不同 AgNO3 浓度下获得的硅纳米线的扫描电镜图. (a ~ b)0郾 003 mol·L - 1 ;(c ~ d)0郾 02 mol·L - 1 ;(e ~ f)0郾 4 mol·L - 1 Fig. 2 SEM images of SiNWs prepared under different AgNO3 concentrations: (a鄄鄄 b)0郾 003 mol·L - 1 ;(c鄄鄄 d)0郾 02 mol·L - 1 ;(e鄄鄄f)0郾 4 mol·L - 1 液中过剩的 Ag + 在已经生成的纳米线表面形核生 长,同时硅纳米线也伴随着氧化和溶解,最终使硅片 表面一些区域的纳米线完全溶解或坍塌形成一堆纳 米线簇,如图 2( e)和( f)所示. 将硅纳米线进行放 大表征后可以发现,这些硅纳米线表面十分粗糙,这 是由于银纳米颗粒的氧化腐蚀所致. 2郾 3 HF 浓度对多孔硅纳米线形貌结构的影响 为了研究 HF 浓度对硅纳米线阵列形貌结构的 影响,选取了两种不同浓度的 HF 溶液进行实验. 制 备参数如下:HF 溶液浓度分别是 4郾 6 mol·L - 1和 9郾 2 mol·L - 1 ;腐蚀时间 60 min;AgNO3 浓度 0郾 02 mol· L - 1 . 样品的截面扫描电镜表征如图 3 所示. 通过样品的截面表征可以发现,硅纳米线的生 长速度随着 HF 酸浓度的增加而增加. 银纳米颗粒 底部硅的溶解是硅纳米线生长的保证,而 HF 酸又 是硅溶解的反应物,较高的 HF 浓度更有利于硅的 溶解,从而使硅纳米线具有更快的生长速度. 对样 品中纳米线的顶部进行放大,如图 3 ( b) 和( d) 所 示,发现硅纳米线具有一个疏松多孔的顶部和一个 致密的底部,同时硅纳米线的多孔结构随 HF 浓度 的增加而增多. 这样的结构特点可能归因于纳米线 顶部处拥有较大量的 Ag + ,这些 Ag + 离子的随机形 核导致硅纳米线侧向腐蚀,使得硅纳米线顶部表现 出多孔的结构特点. 相比于 HF 浓度为 2郾 3 mol·L - 1 时获得的硅纳米线(如图 2( c) 所示),本实验中获 得的硅纳米线更长,且随着硅纳米线的延伸 Ag + 浓 度不断降低,同时 Ag + 形核的氧化能力也不断变弱, 从而导致硅纳米线底部显示出致密的固态结构. ·925·