基于宏观金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的研究

doi:10.3866/PKU.WHXB201602183

物理化学学报 >> 2016, Vol. 32 >> Issue (4): 1019-1028.doi: 10.3866/PKU.WHXB201602183

基于宏观金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的研究

刘琳^1,^2,*(),李志胜¹,胡慧东¹,宋维力³

¹ 华北电力大学可再生能源学院, 新能源电力系统国家重点实验室, 北京 102206
² 北京师范大学, 能量转换与存储材料北京市重点实验室, 北京 100875
³ 北京科技大学新材料技术研究院, 北京 100083

收稿日期:2015-12-30 发布日期:2016-04-07
通讯作者: 刘琳 E-mail:liulin2014@ncepu.edu.cn
基金资助:
中国博士后科学基金面上项目(2014M560934);中央高校基本科研业务费项目(2015QN16)

Insight into Macroscopic Metal-Assisted Chemical Etching for Silicon Nanowires

Lin LIU^1,^2,*(),Zhi-Sheng LI¹,Hui-Dong HU¹,Wei-Li SONG³

¹ State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, School of Renewable Energy, North China Electric Power University, Beijing 102206, P. R. China
² Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, Beijing Normal University, Beijing 100875, P. R. China
³ Institute of Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, P. R. China

Received:2015-12-30 Published:2016-04-07
Contact: Lin LIU E-mail:liulin2014@ncepu.edu.cn
Supported by:
the China Postdoctoral Science Foundation(2014M560934);Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(2015QN16)

摘要/Abstract

摘要：

分别利用镀银的硅衬底和铂丝电极作为原电池反应中的阴极和阳极,基于金属辅助化学刻蚀采用宏观原电池的方法制备硅纳米线,深入研究了该法制备硅纳米线阵列的机理。通过改变电连接、镀银、刻蚀参数、硅衬底和光照等实验条件,系统地研究了所得硅纳米线形貌与其对应短路电流的关系,实验发现短路电流与硅纳米线长度有一定的对应关系。文章中所提出的模型旨在从根本上解决金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的机理。最后对这种方法所具有的潜在应用价值进行了展望和讨论。

关键词: 半导体, 微结构, 电化学, 硅纳米线, 金属刻蚀

Abstract:

To understand the principles of the fabrication of nanowire arrays using macroscopic metal-assisted chemical etching (MACE), Si nanowires (SiNWs) are synthesized using Ag-coated Si substrates and Pt electrodes by the macroscopic MACE. Analysis of the SiNWmorphology coupled with the corresponding current density in the MACE process is applied to systematically investigate the effects of the electrical connection, Ag coating, etching conditions, Si substrates, and light irradiation on the formation of SiNWs. It is found that there is a certain relationship between the current density and the SiNWlength. Amode is proposed to fundamentally understand the mechanisms of the preparation of SiNWs using MACE. Associated opportunities are also discussed.

Key words: Semiconductor, Microstructure, Electrochemistry, Silicon nanowire, Metal etching

刘琳,李志胜,胡慧东,宋维力. 基于宏观金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的研究[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 1019-1028.

Lin LIU,Zhi-Sheng LI,Hui-Dong HU,Wei-Li SONG. Insight into Macroscopic Metal-Assisted Chemical Etching for Silicon Nanowires[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2016, 32(4): 1019-1028.

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201602183

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2016/V32/I4/1019

参考文献

1	Brodoceanu D. ; Alhmoud H. Z. ; Elnathan R. ; Delalat B. ; Voelcker N. H. ; Kraus T. Nanotechnology 2016, 27, 075301.
2	Cao M. S. ; Yang J. ; Song W. L. ; Zhang D. Q. ; Wen B. ; Jin H. B. ; Hou Z. L. ; Yuan J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 6948.
3	Cao M. S. ; Song W. L. ; Hou Z. L. ; Yang J. Carbon 2010, 48 (788)
4	Cao M. S. ; Shi X. L. ; Fang X. Y. ; Jin H. B. ; Hou Z. L. ; Zhou W. ; Chen Y. J. Appl. Phys. Lett 2007, 91, 203110.
5	Zhou X. ; Sun M. Q. ; Wang G. C. Acta Phys. -Chim. Sin 2016, 32, 975.
5	周晓; 孙敏强; 王庚超. 物理化学学报, 2016, 32, 975.
6	Wang J. D. ; Peng T. J. ; Xian H. Y. ; Sun H. J. Acta Phys. -Chim. Sin 2015, 31, 90.
6	汪建德; 彭同江; 鲜海洋; 孙红娟. 物理化学学报, 2015, 31, 90.
7	Hu R. J. ; Wang J. ; Zhu H. C. Acta Phys. -Chim. Sin 2015, 31, 1997.
7	胡瑞金; 王兢; 朱慧超. 物理化学学报, 2015, 31, 1997.
8	Wagner R. S. ; Ellis W. C. Appl. Phys. Lett 1964, 4, 89.
9	Lee G. ; Woo Y. S. ; Yang J. E. ; Lee D. H. ; Kim C. J. ; Jo M. H. Angew. Chem. Int. Edit 2009, 48, 7366.
10	Kolasinski K. W. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci 2005, 9, 73.
11	Lehmann V. ; Stengl R. ; Luigart A. Mater. Sci. Eng. B 2000, 69, 11.
12	Peng K. Q. ; Wu Y. ; Fang H. ; Zhong X. Y. ; Xu Y. ; Zhu J. Angew. Chem. Int. Edit 2005, 44, 2737.
13	Peng K. Q. ; Zhu J. Electrochim. Acta 2004, 49 (2563)
14	Liu L. ; Peng K. Q. ; Hu Y. ; Wu X. L. ; Lee S. T. Adv. Mater 2014, 26, 1410.
15	Huang Z. P. ; Geyer N. ; Werner P. ; Boor J. D. ; Gösele U. Adv. Mater 2011, 23, 285.
16	Hochbaum A. I. ; Chen R. ; Delgado R. D. ; Liang W. J. ; Garnett E. C. ; Najarian M. ; Majumdar A. ; Yang P. D. Nature 2008, 451, 163.
17	Brammer K. S. ; Choi C. ; Oh S. ; Cobb C. J. ; Connelly L. S. ; Loya M. ; Kong S. D. ; Jin S. Nano Lett 2009, 9, 3570.
18	Liu L. ; Wang Y. T. Acta Phys. Sin 2015, 64, 148201.
19	Liu L. Sci. China Tech. Sci 2015, 58, 362.
20	Tsujino K. ; Matsumura M. Adv. Mater 2005, 17, 1045.
21	Liu L. J. Mater. Chem. C 2014, 2 (9631)
22	Ashruf C. M. A. ; French P. J. ; Bressers P. M. M. C. ; Kelly J. J. Sens. Actuators 1999, 74, 118.
23	Ashruf C. M. A. ; French P. J. ; Sarro P. M. ; Kazinczi R. ; Xia X. H. ; Kelly J. J. J. Micromech. Microeng 2000, 10, 505.
24	Xia X. H. ; Ashruf C. M. A. ; French P. J. ; Kelly J. J. Chem. Mater 2000, 12, 1671.
25	Kelly J. J. ; Xia X. H. ; Ashruf C. M. A. ; French P. J. IEEE Sens. J 2001, 1, 127.
26	Song Y. Y. ; Gao Z. D. ; Kelly J. J. ; Xia X. H. Electrochem. Solid-State Lett 2005, 8
27	Huang Z. P. ; Geyer N. ; Liu L.F. ; Li M. Y. ; Zhong P. Nanotechnology 2010, 21, 465301.
28	Chourou M. L. ; Fukami K. ; Sakka T. ; Virtanen S. ; Ogata Y. H. Electrochim. Acta 2010, 55, 903.
29	Kim J. ; Rhu H. ; Lee W. J. Mater. Chem 2011, 15889
30	Weisse J. M. ; Lee C. H. ; Kim D. R. ; Cai L. ; Rao P. M. ; Zheng X. Nano Lett 2013, 13, 4362.
31	Lai C. Q. ; Zheng W. ; Choi W. K. ; Thompson C. V. Nanoscale 2015, 7, 11123.
32	Huang Z. P. ; Zhang X. X. ; Reiche M. ; Liu L. F. ; Lee W. ; Shimizu T. ; Senz S. ; Gösele U. Nano Lett 2008, 8, 3046.
33	Huang Z. P. ; Shimizu T. ; Senz S. ; Zhang Z. ; Zhang X. X. ; Lee W. ; Geyer N. ; Gösele U. Nano Lett 2009, 9, 2519.
34	VanDjlk H. J. A. ; de Jonge J. J. Electrochem. Soc 1970, 177, 553.
35	Theunissen M. J. J. ; Appels J. A. ; Verkuylen W. H. C.G. J. Electrochem. Soc 1970, 117, 959.
36	Meek R. L. J. Electrochem. Soc 1971, 118, 437.
37	Föll H. Appl. Phys. A 1991, 53, 8.
38	Lehmann V. J. Electrochem. Soc 1993, 140, 2836.
39	Bertagna V. ; Plougonven C. ; Rouelle F. ; Chemla M. J. Electrochem. Soc 1996, 143, 3532.

[1]	陈帅, 余创, 罗启悦, 魏超超, 李莉萍, 李广社, 程时杰, 谢佳. 卤化物固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210032 -0 .
[2]	赵永智, 陈晨阳, 刘文燚, 胡伟飞, 刘金平. 固态锂电池界面优化策略的研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2211017 -0 .
[3]	屈卓研, 张笑银, 肖茹, 孙振华, 李峰. 有机硫化合物在锂硫电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2301019 -0 .
[4]	彭林峰, 余创, 魏超超, 廖聪, 陈帅, 张隆, 程时杰, 谢佳. 锂硫银锗矿固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2211034 -0 .
[5]	鲁航语, 侯瑞林, 褚世勇, 周豪慎, 郭少华. 高比能锂离子电池层状富锂正极材料改性策略研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2211057 -0 .
[6]	周文杰, 景启航, 李家馨, 陈颖芝, 郝国栋, 王鲁宁. 有机光催化剂用于太阳能水分解：分子水平和聚集体水平改性[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2211010 -0 .
[7]	许义飞, 杨瀚文, 常晓侠, 徐冰君. 电催化动力学简介[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2210025 -0 .
[8]	胡洋, 刘斌, 徐路遥, 董自强, 仵亚婷, 刘杰, 钟澄, 胡文彬. 基于微流控技术平台的Pt基三元电催化剂高通量合成和筛选[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2209004 -0 .
[9]	傅焰鹏, 朱昌宝. 钠离子电池电极材料的设计策略——固态离子学视角[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2209002 -0 .
[10]	齐亚娥, 夏永姚. 电解液调控策略提升水系锌离子电池正极材料电化学性能[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2205045 -0 .
[11]	尉瑞芳, 李东峰, 尹恒, 王秀丽, 李灿. 微秒时间分辨的工况电化学紫外可见吸收光谱测量系统[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2207035 -0 .
[12]	朱迎迎, 王勇, 徐淼, 吴勇民, 汤卫平, 朱地, 何雨石, 马紫峰, 李林森. 追踪锂金属负极的压力与形貌变化[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2110040 -0 .
[13]	李晓慧, 李晓东, 孙全虎, 何建江, 杨泽, 肖金冲, 黄长水. 石墨炔衍生物的合成与应用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2206029 -0 .
[14]	崔同慧, 李航越, 吕泽伟, 王怡戈, 韩敏芳, 孙再洪, 孙凯华. 大尺寸固体氧化物燃料电池的电极过程解析方法[J]. 物理化学学报, 2022, 38(8): 2011009 - .
[15]	莫英, 肖逵逵, 吴剑芳, 刘辉, 胡爱平, 高鹏, 刘继磊. 锂离子电池隔膜的功能化改性及表征技术[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2107030 - .

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