专利名称：在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及纳米颗粒制备技术领域，到一种在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，为直接在GaAs衬底上制备均勻的金属纳米颗粒提供了一条新的途径。
背景技术：
将制备的超薄的阳极氧化铝模板转移到半导体材料衬底上，可以用作刻蚀的或者淀积的掩模板，合成纳米孔、纳米点、纳米柱等不同的纳米结构体系，但是将超薄的阳极氧化铝模板从铝基底上取下来并转移到其它基底上比较困难。因为它质地较脆，容易断裂并且不易操作，模板与衬底之间的接触不好，同时在转移的过程中也会引入污染。因而直接在半导体材料衬底上蒸镀一层铝膜进行阳极氧化，则可以避免此转移过程，而且由于制备的超薄阳极氧化铝模板与半导体材料衬底接触紧密，可以很方便的进行清洗，避免污染，从而成为制备纳米结构体系的一种新的方法。2000年D. Crouse等人首先报道了在Si衬底上通过蒸镀一层铝膜进行阳极氧化得到规则的多孔氧化铝结构，并且通过刻蚀成功地将该结构转移到Si衬底上；2003年 Melissa S. Sander等人报道了不仅仅在Si衬底，同时在SW2以及Au衬底上通过蒸镀一层铝膜直接进行阳极氧化得到多孔的阳极氧化铝模板，并且直接制备了金属点以及金属线阵列；而目前报道的阳极氧化铝模板在GaAs衬底上的应用大多都是将其转移到GaAs衬底上， 因此在本发明中直接将阳极氧化铝模板制备在GaAs衬底上并且在其表面制备了周期的金属纳米点阵。这对于研究周期性的金属纳米点阵的表面等离子体性质在GaAs太阳电池中的陷光效应具有重要的意义。
发明内容
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法， 以避免采用已制备好的阳极氧化铝模板转移到半导体材料衬底过程中模板易碎、模板与衬底之间接触不好、以及引入污染等问题。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，该方法包括在GaAs衬底正反面各淀积一层SiO2进行保护；在GaAs衬底的正面再蒸镀一层金属铝膜；将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧化；将氧化后的 GaAs衬底在磷酸溶液中腐蚀扩孔；采用Ar离子轰击完全去除阻挡层，得到完全通孔的阳极氧化铝模板；将表面制备有阳极氧化铝模板的GaAs衬底进行电子束蒸发金属填孔；以及去除表面的阳极氧化铝膜，在GaAs衬底表面得到均勻的金属纳米颗粒。上述方案中，所述GaAs衬底为N型掺杂、电阻率为1. 25X10_3_4. 79X10_3ohm. cm。上述方案中，所述GaAs衬底正面淀积的SW2厚度为50nm，铝膜的厚度为1500nm。上述方案中，所述将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧
3化的步骤中，采用的是二次氧化的方法，包括第一次阳极氧化、去除一次氧化的氧化铝膜、 第二次阳极氧化和扩孔。上述方案中，所述将氧化后的GaAs衬底在磷酸溶液中腐蚀扩孔的步骤中，腐蚀扩孔的时间为30-35分钟，温度为30°，磷酸溶液的浓度为5w%。上述方案中，所述采用Ar离子轰击完全去除阻挡层的步骤中，Ar2流量为40sCCm/ 分钟，刻蚀功率为600W。上述方案中，所述将表面制备有阳极氧化铝模板的GaAs衬底进行电子束蒸发金属填孔的步骤中，电子束蒸发金属的条件为真空度为2. 8X 10_6Pa，速率为0. 6nm/s。上述方案中，所述去除表面的阳极氧化铝膜的步骤中，阳极氧化铝膜的去除采用 IM NaOH腐蚀液在常温下去除。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，直接在GaAs衬底表面通过阳极氧化得到多孔的阳极氧化铝作为模板，避免了采用已制备好的阳极氧化铝模板转移到半导体材料衬底过程中模板易碎、模板与衬底之间接触不好、以及引入污染等问题。2、本发明提供的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，操作简单、相比电子束曝光不仅节约了成本同时可以得到大面积的均勻的金属纳米颗粒，在研究金属纳米点阵的表面等离子体性质在GaAs太阳电池中的陷光效应中具有重要的意义。
为进一步说明本发明中的具体技术内容，以下结合具体实施方式
和
，其中图1为依照本发明实施例的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法流程图；图2为依照本发明实施例的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的工艺流程图；图3为依照本发明实施例得到的多孔阳极氧化铝膜的平面扫描电子显微镜(SEM) 图；图4为依照本发明实施例得到的多孔阳极氧化铝膜的侧面SEM图；图5为依照本发明实施例刻蚀通孔后的多孔阳极氧化铝膜的侧面SEM图；图6为依照本发明实施例电子束蒸发金属后的侧面SEM图；图7为依照本发明实施例最后去除阳极氧化铝膜后得到周期排列的金属纳米颗粒平面SEM图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明的核心思想是在GaAs衬底上通过直接制备阳极氧化铝作为模板，利用电子束蒸发最终在GaAs衬底表面得到均勻有序的金属纳米颗粒。如图1所示，图1为依照本发明实施例的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法流程图，该方法包括
步骤1 在GaAs衬底正反面各淀积一层SW2进行保护；步骤2 在GaAs衬底的正面再蒸镀一层金属铝膜；步骤3 将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧化；步骤4 将氧化后的GaAs衬底在磷酸溶液中腐蚀扩孔；步骤5 采用Ar离子轰击完全去除阻挡层，得到完全通孔的阳极氧化铝模板；步骤6 将表面制备有阳极氧化铝模板的GaAs衬底进行电子束蒸发金属填孔；以及步骤7 去除表面的阳极氧化铝膜，在GaAs衬底表面得到均勻的金属纳米颗粒。其中，步骤3中所述将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧化的步骤中，采用的是二次氧化的方法，包括第一次阳极氧化、去除一次氧化的氧化铝膜、 第二次阳极氧化和扩孔。给予图1所示的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法流程图，图2为依照本发明实施例的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的工艺流程图，具体步骤如下步骤SlO 准备好基片GaAs衬底，采用三氯乙烯、丙酮、乙醇各煮两遍，去离子水冲洗干净，最后用氮气枪吹干。步骤S20 采用离子束溅射分别在GaAs衬底的背面淀积200nm的SiO2,正面淀积 50nm的SW2做保护。步骤S30 采用电子束蒸发在基片的正面淀积一层Al膜，厚度为1500nm。步骤S40 在低温恒温水浴槽中采用二次氧化的方法进行电化学反应，得到多孔的阳极氧化铝模板，并采用Ar离子刻蚀实现通孔。具体的实验条件为氧化反应中采用 0. 3mol/L的草酸作为电解液，反应温度控制在15°C，一次氧化时间为15分钟30秒，除膜7 分钟，二次氧化的时间为7分钟，采用磷酸扩孔32分钟，得到的阳极氧化铝表面和侧面图分别如图3、4所示，其中平均孔径为65nm，孔间距为90nm，高度为250nm ；最后采用Ar2刻蚀 40s实现通孔的阳极氧化铝侧面图如图5所示，通孔部分由红色区域标出。步骤S50 采用电子束蒸发30nmAg填孔，蒸发速率为0. 6nm/s，填孔后的侧面图如图6所示。步骤S60 采用IM NaOH溶液在常温下腐蚀去除阳极氧化铝模板，最终在基片的表面得到周期性排列的Ag纳米颗粒，高度为30nm，直径为60-70nm，如图7所示。由图7所示可以看出，我们采用的该种方法可以很好的在GaAs衬底表面得到均勻的排列有序的金属纳米颗粒结构，该种方法操作简单、节约成本并且可以大面积制备，值得说明的是实验中通过控制制备阳极氧化铝的条件可以得到不同孔径、不同高度的阳极氧化铝模板，同时结合电子束蒸发不同厚度的金属填孔，最后可以得到不同直径，不同形状的金属纳米颗粒，这为研究金属纳米颗粒阵列的表面等离子体性质在增加GaAs太阳电池的陷光效应中具有重要的意义。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特点在于，该方法包括在GaAs衬底正反面各淀积一层SW2进行保护；在GaAs衬底的正面再蒸镀一层金属铝膜；将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧化；将氧化后的GaAs衬底在磷酸溶液中腐蚀扩孔；采用Ar离子轰击完全去除阻挡层，得到完全通孔的阳极氧化铝模板；将表面制备有阳极氧化铝模板的GaAs衬底进行电子束蒸发金属填孔；以及去除表面的阳极氧化铝膜，在GaAs衬底表面得到均勻的金属纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述 GaAs衬底为N型掺杂、电阻率为1. 25X 1(Γ3-4· 79Χ 10、hm. cm。
3.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述 GaAs衬底正面淀积的SW2厚度为50nm，铝膜的厚度为1500nm。
4.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧化的步骤中，采用的是二次氧化的方法，包括第一次阳极氧化、去除一次氧化的氧化铝膜、第二次阳极氧化和扩孔。
5.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述将氧化后的GaAs衬底在磷酸溶液中腐蚀扩孔的步骤中，腐蚀扩孔的时间为30-35分钟，温度为30°，磷酸溶液的浓度为5w%。
6.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述采用Ar离子轰击完全去除阻挡层的步骤中，Ar2流量为40sCCm/分钟，刻蚀功率为600W。
7.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述将表面制备有阳极氧化铝模板的GaAs衬底进行电子束蒸发金属填孔的步骤中，电子束蒸发金属的条件为真空度为2. 8 X10_6Pa，速率为0. 6nm/s。
8.根据权利要求1所述的在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，其特征在于，所述去除表面的阳极氧化铝膜的步骤中，阳极氧化铝膜的去除采用IM NaOH腐蚀液在常温下去除。
全文摘要
本发明公开了一种在GaAs衬底上制备金属纳米颗粒的方法，该方法包括在GaAs衬底正反面各淀积一层SiO2进行保护；在GaAs衬底的正面再蒸镀一层金属铝膜；将蒸镀有金属铝膜的GaAs衬底在阳极氧化浴槽中进行阳极氧化；将氧化后的GaAs衬底在磷酸溶液中腐蚀扩孔；采用Ar离子轰击完全去除阻挡层，得到完全通孔的阳极氧化铝模板；将表面制备有阳极氧化铝模板的GaAs衬底进行电子束蒸发金属填孔；以及去除表面的阳极氧化铝膜，在GaAs衬底表面得到均匀的金属纳米颗粒。利用本发明，避免了采用已制备好的阳极氧化铝模板转移到半导体材料衬底过程中模板易碎、模板与衬底之间接触不好、以及引入污染等问题。
文档编号C23C14/04GK102433529SQ201110440640
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘雯, 徐锐, 杨富华, 王晓东, 王晓峰, 程凯芳, 马慧丽 申请人:中国科学院半导体研究所