.924 工程科学学报，第41卷，第7期 5 um 3μm @ d 20 um 5μm 图1不同电阻率硅纳米线的截面扫描电镜图.(a)10~202cm:(b)0.3~0.8n·cm:(c~d)0.01~0.092cm Fig.1 Cross-sectional SEM images of SiNWs with different resistivitie:(a)10-20n-cm:(b)0.3-0.8n.cm:(c-d)0.01-0.09 n.cm 蚀凹坑，而产生的硅纳米线也非常不均匀且数量极 影响.制备参数如下：AgNO3浓度分别为0.003、 少，如图1(a)所示.当掺杂浓度增加时，可以明显 0.02和0.4mol-L-1:腐蚀时间60min:HF浓度2.3 发现获得的硅纳米线的密度和长度都有所增加，且 molL-1.样品的扫描电镜表征结构如图2所示. 具有顶部较细底部较粗的结构，这可能是由于大量 当AgN0,浓度为0.003molL-1时，腐蚀后硅片 银纳米颗粒在顶部形核造成硅纳米线顶部氧化而被 表面被一薄层灰白色物质所覆盖.通过扫描电镜对 HF溶解的结果，如图1(b)所示.而当硅基底电阻 样品进行表征可以发现，灰白色表面含有大量的银 率为0.01~0.092cm时，硅纳米线的长度有了显 纳米颗粒，这些颗粒呈现不规则形状，且少数颗粒长 著增加.金属纳米颗粒辅助刻蚀尽管是一种不加电 大形成棒状，这主要是由于溶液中的银离子(Ag*) 场的化学腐蚀，但其本质与硅的电化学腐蚀类似，金 还原沉积所致，另外，由于腐蚀液中的银离子数量有 属纳米颗粒辅助刻蚀也具有随着硅片掺杂浓度增加 限，所以并未在其表面生长形成大量的纳米银“树 而增强的现象[6).这个现象可以从以下两个角度 突”[1]，如图2(a)所示.将硅基底表面的银颗粒用 来解释：首先，较高的掺杂浓度在硅片表面引入更多HNO,浸泡后进行表征，可发现硅片表面形成大量 的杂质或缺陷，它们的引入都有利于银纳米颗粒的 较浅的腐蚀凹坑，其孔径大约在200~300m之间， 形核和硅的氧化)]：其次，硅片与溶液界面形成的 并没有硅纳米线的生成，如图2(b)所示.当AgNO 肖特基势垒随着摻杂浓度的增加而降低，这将改善 浓度为0.02molL-1时，如图2(c)和(d)所示，溶液 硅基底与Ag之间的电荷传递，从而使硅片更容易 中具有充足的银离子能够不断地维持着硅基底的氧 氧化溶解形成硅纳米线[18] 化溶解，导致硅纳米线生长变长，形成纳米线阵列 2.2AgNO,浓度对多孔硅纳米线形貌结构的影响 而随着硅纳米线的增长，其刚性会受到影响，在干燥 为了获得较好的硅纳米线阵列，实验中选取电 过程中纳米线之间的毛细应力使得一些纳米线顶部 阻率为0.01~0.092cm的硅片作为原料进行刻蚀 出现团聚现象.同时，对硅纳米线顶部进行放大表 研究，获得了在不同Ag浓度条件下制备的硅纳米 征可以发现其表面含有大量多孔结构.当AgNO, 线，并分析了Ag+浓度对硅纳米线阵列形貌结构的 浓度过高时，在硅纳米线不断生长的过程中，大量溶工程科学学报,第 41 卷,第 7 期 图 1 不同电阻率硅纳米线的截面扫描电镜图. (a)10 ~ 20 赘·cm;(b)0郾 3 ~ 0郾 8 赘·cm;(c ~ d)0郾 01 ~ 0郾 09 赘·cm Fig. 1 Cross鄄sectional SEM images of SiNWs with different resistivitie:(a)10鄄鄄20 赘·cm;(b)0郾 3鄄鄄0郾 8 赘·cm;(c鄄鄄 d)0郾 01鄄鄄0郾 09 赘·cm 蚀凹坑,而产生的硅纳米线也非常不均匀且数量极 少,如图 1( a)所示. 当掺杂浓度增加时,可以明显 发现获得的硅纳米线的密度和长度都有所增加,且 具有顶部较细底部较粗的结构,这可能是由于大量 银纳米颗粒在顶部形核造成硅纳米线顶部氧化而被 HF 溶解的结果,如图 1( b)所示. 而当硅基底电阻 率为 0郾 01 ~ 0郾 09 赘·cm 时,硅纳米线的长度有了显 著增加. 金属纳米颗粒辅助刻蚀尽管是一种不加电 场的化学腐蚀,但其本质与硅的电化学腐蚀类似,金 属纳米颗粒辅助刻蚀也具有随着硅片掺杂浓度增加 而增强的现象[16] . 这个现象可以从以下两个角度 来解释:首先,较高的掺杂浓度在硅片表面引入更多 的杂质或缺陷,它们的引入都有利于银纳米颗粒的 形核和硅的氧化[17] ;其次,硅片与溶液界面形成的 肖特基势垒随着掺杂浓度的增加而降低,这将改善 硅基底与 Ag + 之间的电荷传递,从而使硅片更容易 氧化溶解形成硅纳米线[18] . 2郾 2 AgNO3 浓度对多孔硅纳米线形貌结构的影响 为了获得较好的硅纳米线阵列,实验中选取电 阻率为 0郾 01 ~ 0郾 09 赘·cm 的硅片作为原料进行刻蚀 研究,获得了在不同 Ag + 浓度条件下制备的硅纳米 线,并分析了 Ag + 浓度对硅纳米线阵列形貌结构的 影响. 制备参数如下:AgNO3 浓度分别为 0郾 003、 0郾 02 和 0郾 4 mol·L - 1 ;腐蚀时间 60 min;HF 浓度 2郾 3 mol·L - 1 . 样品的扫描电镜表征结构如图 2 所示. 当 AgNO3 浓度为 0郾 003 mol·L - 1时,腐蚀后硅片 表面被一薄层灰白色物质所覆盖. 通过扫描电镜对 样品进行表征可以发现,灰白色表面含有大量的银 纳米颗粒,这些颗粒呈现不规则形状,且少数颗粒长 大形成棒状,这主要是由于溶液中的银离子(Ag + ) 还原沉积所致,另外,由于腐蚀液中的银离子数量有 限,所以并未在其表面生长形成大量的纳米银“树 突冶 [19] ,如图 2(a)所示. 将硅基底表面的银颗粒用 HNO3 浸泡后进行表征,可发现硅片表面形成大量 较浅的腐蚀凹坑,其孔径大约在 200 ~ 300 nm 之间, 并没有硅纳米线的生成,如图 2(b)所示. 当 AgNO3 浓度为 0郾 02 mol·L - 1时,如图 2(c)和(d)所示,溶液 中具有充足的银离子能够不断地维持着硅基底的氧 化溶解,导致硅纳米线生长变长,形成纳米线阵列. 而随着硅纳米线的增长,其刚性会受到影响,在干燥 过程中纳米线之间的毛细应力使得一些纳米线顶部 出现团聚现象. 同时,对硅纳米线顶部进行放大表 征可以发现其表面含有大量多孔结构. 当 AgNO3 浓度过高时,在硅纳米线不断生长的过程中,大量溶 ·924·