硅納米線的制備及其在傳感器應(yīng)用方面的研究.pdf

1、近年來,納米結(jié)構(gòu)材料特別是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料的制備及其在傳感方面的應(yīng)用已經(jīng)成為眾多物理、化學(xué)、材料、電子等學(xué)科領(lǐng)域研究學(xué)者關(guān)注的焦點。納米結(jié)構(gòu)材料極其傳感器件將會引發(fā)新的技術(shù)革命,成長為二十一世紀(jì)信息技術(shù)的主要增長點。由于一維納米材料在物理、化學(xué)、機(jī)械、電性、磁性、光學(xué)、量子等方面的優(yōu)良特性,使得它們有機(jī)會作為納米微機(jī)電元件的基本組成。本論文從一維新型半導(dǎo)體納米材料——硅納米線入手,首先提出了通過珈伐尼置換法在HF溶液中制備硅納米線的形

2、成機(jī)制,并且研究了硅納米線的制備以及形成條件的影響,通過參數(shù)優(yōu)化得到了最佳的納米線形成條件;研究了硅納米線圖形化制備技術(shù)及其影響因素,結(jié)合微電子光刻技術(shù)實現(xiàn)了納米線的圖形化,確定最佳的圖形化的納米線的形成條件;開展了納米線在電化學(xué)傳感器方面的研究工作,制備了基于普魯士藍(lán)/硅納米線的過氧化氫復(fù)合電極,研究了其電化學(xué)敏感特性。其中在納米線的圖形化,以及在電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域取得一些創(chuàng)新性的研究成果。
　　本論文主要研究內(nèi)容包括:1.探索

3、硅納米線的形成機(jī)制:對H-終止的硅表面在含有貴金屬離子的HF基溶液中的行為進(jìn)行了分析,依據(jù)Galvanic Displacement反應(yīng),結(jié)合硅的電化學(xué)刻蝕原理,分析了硅表面納米線的形成過程,提出了采用珈伐尼置換法(浸鍍法)制備硅納米線的新的生長機(jī)理。2.硅納米線的制備:通過對金屬催化化學(xué)腐蝕制備硅納米線的方法的改進(jìn),我們首先提出采用珈伐尼置換法,在常態(tài)條件下制備出排列整齊規(guī)則的直立的硅納米線,并對所制備的硅納米線表面形貌進(jìn)行了表征。在

4、分析了可能影響制備的硅納米線形貌的因素的基礎(chǔ)上,詳細(xì)研究了反應(yīng)刻蝕劑的濃度以及反應(yīng)時間等因素對納米線形成的影響,得到了優(yōu)化的實驗條件。為納米線的應(yīng)用打好基礎(chǔ),也為制作基于硅納米線的電化學(xué)生物傳感器提供了電極材料。在一定程度上驗證了我們所提出的納米線生長機(jī)理的合理性。3.圖形化硅納米線的制備為了能夠把硅納米線應(yīng)用在傳感器件的制作,以及器件的集成方面,需要解決納米線在指定區(qū)域選擇性生長,即納米線的圖形化問題。本文中首次提出利用微電子標(biāo)準(zhǔn)加工

5、工藝,采用光刻技術(shù),利用氮化硅作為掩模,預(yù)先形成納米線形成區(qū)域,結(jié)合珈伐尼置換法,得到圖形化的硅納米線陣列。并通過刻蝕系統(tǒng)中的動力學(xué)機(jī)制,解釋圖形化納米線以及與未經(jīng)圖形化納米線的差異的形成機(jī)制。圖形化的硅納米線的成功制備也為制作基于硅納米線的電化學(xué)生物傳感器提供了電極材料。4.電化學(xué)傳感器的初步應(yīng)用利用上述制備的圖形化的硅納米線作為敏感單元,開展對過氧化氫電化學(xué)生物傳感器的初步研究工作。采用硅納米線作為基底,利用順序化學(xué)沉積法進(jìn)行普魯士