一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，将N型多孔硅进行电化学蚀刻和超声处理，用于探测爆炸物，根据制得的微米级和纳米级的光致发光多孔硅，进行爆炸物的传感探测，观察到了光致发光淬灭现象，纳米多孔硅的探测效果更高，与斯特恩?沃尔默关系图吻合。
【专利说明】一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及多孔硅应用技术领域，特别涉及一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺。
[0003]
【背景技术】
[0004]多孔娃(porous Si)，[span]是一种新型的一维纳米光子晶体材料，具有纳米娃原子簇为骨架的“量子海绵”状微结构，可以通过电化学阳极腐蚀或化学腐蚀单晶硅而形成。早在1956年时，美国贝尔实验室Uhlir首次发现并报道了通过电化学腐蚀法可以形成多孔硅薄膜。Uhlir发现在阳极电流密度较小的情况下，在浓的氢氟酸电解液中对单晶硅进行电化学腐蚀可以得到一层与明亮抛光面不同的多孔结构的薄膜，即多孔硅。随后1958年，D.Turner对阳极氧化法成膜的机理进行了研究，并详细论述了多孔硅薄膜的刻蚀条件及其相关性质。在电化学阳极氧化过程中存在两种情况，当电流密度大于某个临界点时(此临界点与硅片的类型，电阻率，腐蚀液的浓度和成分等因素相关)，发生电化学抛光现象，多孔硅薄膜会从娃基底上被剥落下来。当电流密度低于此临界点时，就会形成具有无数纳米量级的硅柱的多孔硅薄膜。1990年英国科学家Canham用紫外光和氩离子激光室温下照射多孔硅表面时，发现其具有强烈的可见光致发光(Photoluminescence，简称PL)现象。纳米多孔娃中硅的尺寸小于激子的波尔半径，具有明显的量子限制效应，使其能带发生分裂导致其带宽增大，带隙能量是硅柱尺寸的函数。但是由于多孔硅是间接带隙半导体，发射光谱较宽，波长范围从紫外区到近红外区，光致发光的量子效率在1%?10%之间。多孔硅光致发光的峰位置和强度与孔隙率有关。孔隙率即是多孔硅层中孔隙体积占被腐蚀硅层总体积的百分数。当孔隙率大于80%时光致发光的能力很强。但是孔隙率大的多孔层其发光衰减较快，不够稳定。通过光致发光谱的研究可以推知其电子带隙结构和电子-声子耦合等。多孔硅还具有良好的反射性能，其反射光谱在一定的波长范围内的反射率可高至99%。多孔硅具有良好电致发光特性，在光或电的激发下可产生电子和空穴，这些载流子可以复合发光，在电场的作用下进行定向移动，产生电信号，也可以储能。多孔硅在光学和电学方面的特性为全硅基光电子集成和开发开创了新道路，并迅速引起了国内外对多孔硅的研究热潮。
[0005]通过综合利用多孔硅的多孔和可见光致光特点，多孔硅成为下一代爆炸物传感平台的最佳选择之一。
[0006]
【发明内容】
[0007]为了克服上述缺陷，本发明提供了一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工
-H-
O
[0008]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，包括以下步骤:
1)电化学蚀刻和粉碎:在乙醇氢氟酸溶液中，将N型硅片进行阳极蚀刻，制得光致发光多孔硅，在特氟龙容器中进行双电极恒电流蚀刻，
制备纳米级多孔硅时，采用高精度恒流电源提供175mA/cm 2阳极氧化电流并持续300秒，刻蚀期间需要300w钨丝灯提供照明，
制备纳米级多孔娃粒子时，采用高精度恒流电源提供150mA/cm2阳极氧化电流并持续10.908秒，或者400mA/cm2阳极氧化电流并持续0.363秒，分别进行30个循环，刻蚀期间需要300w钨丝灯提供照明；
2)钝化处理:
将步骤I)中制得的多孔硅样品至于真空舒伦克烧瓶中，用注射器加入I毫升正丁基锂并放置3小时，用注射器取走溶液，将烧瓶至于丙酮和干冰冰浴中冷却，加入3毫升三氯乙酸，然后将烧瓶至于室温下冷却。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤I)中的乙醇氢氟酸溶液由48%氢氟酸和乙醇以1:1的体积比混合。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述步骤I)中的N型硅片掺杂磷，电阻为1-10欧姆。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述步骤I)中的双电极为两个铂电极。
[0012]本发明的有益效果是:本发明制备的纳米级和微米级的多孔硅只需要少量式样即可观察到光致发光淬灭现象，对爆炸物试样的传感具有重要作用，其对于爆炸物传感检测的效果灵敏，探测效率明显更高。
[0013]
【附图说明】
[0014]图1为本发明制备的多孔硅试样对光致发光淬灭的效果示意图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0017]—种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，包括以下步骤:
1)电化学蚀刻和粉碎:在乙醇氢氟酸溶液中，将N型硅片进行阳极蚀刻，制得光致发光多孔硅，在特氟龙容器中进行双电极恒电流蚀刻，
制备纳米级多孔硅时，采用高精度恒流电源提供175mA/cm 2阳极氧化电流并持续300秒，刻蚀期间需要300w钨丝灯提供照明，
制备纳米级多孔娃粒子时，采用高精度恒流电源提供150mA/cm2阳极氧化电流并持续
10.908秒，或者400mA/cm2阳极氧化电流并持续0.363秒，分别进行30个循环，刻蚀期间需要300w钨丝灯提供照明；
2)钝化处理:
将步骤I)中制得的多孔硅样品至于真空舒伦克烧瓶中，用注射器加入I毫升正丁基锂并放置3小时，用注射器取走溶液，将烧瓶至于丙酮和干冰冰浴中冷却，加入3毫升三氯乙酸，然后将烧瓶至于室温下冷却。
[0018]所述步骤I)中的乙醇氢氟酸溶液由48%氢氟酸和乙醇以1:1的体积比混合。
[0019]所述步骤I)中的N型硅片掺杂磷，电阻为1-10欧姆。
[0020]所述步骤I)中的双电极为两个铂电极。
[0021]将多种不同摩尔浓度含量的TNT加入到上述制备的微米级和纳米级的多孔硅粒子的悬浮液中，可以得到如图1中的试样量对光致发光淬灭的影响示意图。
【主权项】
1.一种应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，其特征在于:包括以下步骤: 1)电化学蚀刻和粉碎:在乙醇氢氟酸溶液中，将N型硅片进行阳极蚀刻，制得光致发光多孔硅，在特氟龙容器中进行双电极恒电流蚀刻， 制备纳米级多孔硅时，采用高精度恒流电源提供175mA/cm 2阳极氧化电流并持续300秒，刻蚀期间需要300w钨丝灯提供照明， 制备纳米级多孔娃粒子时，采用高精度恒流电源提供150mA/cm 2阳极氧化电流并持续10.908秒，或者400mA/cm2阳极氧化电流并持续0.363秒，分别进行30个循环，刻蚀期间需要300w钨丝灯提供照明； 2)钝化处理: 将步骤I)中制得的多孔硅样品至于真空舒伦克烧瓶中，用注射器加入I毫升正丁基锂并放置3小时，用注射器取走溶液，将烧瓶至于丙酮和干冰冰浴中冷却，加入3毫升三氯乙酸，然后将烧瓶至于室温下冷却。2.根据权利要求1所述的应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，其特征在于:所述步骤I)中的乙醇氢氟酸溶液由48%氢氟酸和乙醇以1:1的体积比混合。3.根据权利要求1所述的应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，其特征在于:所述步骤I)中的N型硅片掺杂磷，电阻为1-10欧姆。4.根据权利要求1所述的应用于爆炸物传感检测的多孔硅制备工艺，其特征在于:所述步骤I)中的双电极为两个铂电极。
【文档编号】C01B33/021GK106044776SQ201610591722
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610591722.8, CN 106044776 A, CN 106044776A, CN 201610591722, CN-A-106044776, CN106044776 A, CN106044776A, CN201610591722, CN201610591722.8
【发明人】郭洪绪, 郭志伟, 孙洪来, 郭延铭
【申请人】北京艾泰克科技有限公司