专利名称：表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片及其制备方法
技术领域：
本发明属于固体材料表面改性与纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种表面具 有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片及其制备方法。
背景技术：
浸润性是固体表面的一个重要性质，超疏水性作为其中一种特殊性质，具有防水、 防雾、抗氧化和自清洁等特点，在科学研究、工农业生产或日常生活中都有广泛的应用前 景。近年来，构筑超疏水性固体表面的研究引起了科研人员的广泛关注并在建筑涂料、自清 洁纺织品、液体无损输送、防潮包装材料等领域得到应用。当前，制备超疏水性固体表面的方法主要有(1)构筑微米/纳米结构的疏水 性固体表面；(2)用低表面能的物质对粗糙固体表面进行修饰。此类报道有《电化学学 会》杂志2008，155，D711-D714上发表的文章“硅片(001)上垂直纳米硅线阵列的制备、 表征和动理学研究”(S. L. Cheng, C. H. Chung, H. C. Lee, A Study of the synthesis, characterization, and kinetics of vertical silicon nanowire arrays on Si(001) substrates, J. Electrochem. Soc.)；《纳米技术》杂志 2009，20，035605-035612 发表 的文章“分级纳米硅线超疏水表面的制备” (W F. Kuan, L. J. Chen, The preparation of superhydrophobicsurfaces of hierarchical silicon nanowire structures, Nanotechnology)；《朗格谬尔》杂志2007，23，1608-1611上发表的文章“氧化硅纳米线超 IlL胃的im，， (Y. Coffinier, S. Janel, A. Addad, R. Blossey, L. Gengembre, E. Payen, R. Boukherroub, Preparationof superhydrophobic silicon oxide nanowire surfaces, Lmgmuir)；《纳米快报》杂志2007，7，813-817上发表的文章“超疏水纳米硅线表面的可逆 电润湿，，(N. Verplanck，E. Galopin，J. C. Camart，V. Thorny, Y. Coffinier，R. Boukherroub， Reversible electrowettingon superhydrophobic silicon nanowires, Nano Lett.)； 《物理化学》杂志2008，112,4444-4450上发表的文章“金属辅助化学刻蚀法制备大面 积均勻纳米硅线阵列” (M. L. Zhang, K. Q. Peng, X. Fan, J. S. Jie, R. Q. Zhang, S. T. Lee, N. B. Wong, Preparationof large-area uniform silicon nanowires arrays through metal-assisted chemical etching, J. Phys. Chem. C)等。但从以上文献报道中可以看出， 制备出的疏水性固体表面存在许多不足，如纳米硅线制备方法均为物理化学法；制备出的 纳米硅线粗细不均；未修饰的硅线阵列达不到超疏水程度；超疏水面积不确定；含氟化合 物对人体有伤害等。
发明内容
本发明的目的是克服制备出的硅线粗细不均，未修饰粗糙硅片达不到疏水程度、 疏水面积无法预先设定和含氟化合物有害等缺点，提供一种表面具有超疏水性纳米硅线阵 列的单晶硅片及其纳米硅线的制备方法。本发明提供的表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成。上述单晶硅片中，所述单晶硅片为n型或p型单晶硅片，优选p型单晶硅片， 所述单晶硅片中，掺杂有下述元素中的至少一种硼和磷，所述单晶硅片的电阻率小于 100 Q cm,优选10 30 Q cm,厚度均小于2mm，优选0. 5mm ；所述单晶纳米硅线的直径为20 120nm，长度为 1 15iim。本发明提供的制备上述表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片的方法，包括 如下步骤1)将单晶硅片超声清洗，干燥后在所述单晶硅片表面制备金纳米颗粒薄膜层，得 到表面覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片；2)以所述步骤1)制备得到的表面覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片的表面为阳 极，惰性电极作为阴极，由乙醇、氢氟酸水溶液和过氧化氢水溶液组成的混合液为电解液， 通电进行电解反应，反应完毕后依次对硅片进行清洗和吹干，在与所述电解液接触的单晶 硅片表面得到所述表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。该方法的步骤1)中，所述单晶硅片为n型或p型单晶硅片，优选p型单晶硅片， 所述单晶硅片中，掺杂有下述元素中的至少一种硼和磷，优选硼，所述单晶硅片的电阻率 小于100 Q cm，优选10 30Qcm，更优选10 20 Q cm，厚度均小于2mm，优选0. 5mm ；所 述金纳米颗粒薄膜层的厚度为7 16nm，优选9 13nm，所述金纳米颗粒的粒径为3 7nm，大部分为5nm ；所述超声清洗步骤中，超声功率为100 500W，优选200W，时间为3 lOmin，优选5min，所用清洗溶剂分别为丙酮和高纯水；所述干燥步骤中，所用气体为氮气 或氩气；制备所述金纳米颗粒薄膜层的方法为磁控溅射法，其中，溅射电流为7 15mA，具 体可为9-llmA、9-10mA或10-llmA，更优选10mA，溅射气压为1X1CT3 5Xl(T3Pa，具体可 为 1 X 1(T3 4 X l(T3Pa、1 X 1(T3 2 X l(T3Pa 或 2 X 1(T3 4 X l(T3Pa，优选 2 X l(T3Pa，溅射 时间为35 80s，优选45 65s。所述步骤1)中，为了与连接电源负极紧密相接，减少接触电阻，可在所述单晶硅 片的另一面电镀一层厚度为0. 05 0. 2mm的铝膜，并在步骤2)中将该单晶硅片安装在电 解池底部，使所述单晶硅片上覆盖有金纳米颗粒薄膜层的一面与电解液接触作为阳极；当 所述单晶硅片的另一面不电镀铝膜时，可将其用金属夹子夹紧并与电源负极连接，在步骤 2)中把裁剪为预设面积的所述单晶硅片直接插入电解池的电解液中作为阳极，利用这两种 方式均可制备出表面具有超疏水硅线阵列的单晶硅片。所述步骤2)中，所述电解液是由乙醇、质量百分浓度为48%的HF水溶液和质量百 分浓度为37%的H202水溶液组成的混合液，所述乙醇、氢氟酸水溶液和过氧化氢水溶液的 体积比为(8 10) (5 7) (1 2)，优选9 6 2 ；所述电解反应步骤中，硅片表 面电流密度为 5 70mA/cm2，具体可为 8-12mA/cm2、8-llmA/cm2、8-10mA/cm2、10_12mA/cm2、 ll-12mA/cm2或10-llmA/cm2，优选10mA/cm2，时间为5 20分钟，具体可为7-13分钟、7-10 分钟或10-13分钟，优选10分钟；各种常用的耐氢氟酸塑料均适用于该电解反应的电解槽， 如聚四氟乙烯。所述清洗步骤中，所用清洗溶剂为乙醇和高纯水，所述吹干步骤中，使用气 体吹干，优选氮气或氩气等惰性气体。上述本发明提供的表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片在制备具有自清 洁功能的纳米半导体器件中的应用，也属于本发明的保护范围。
本发明以导电单晶硅片为前体，以磁控离子溅射仪溅射在硅片表面的金纳米颗粒 为催化剂，通过电解法制备出预设面积的纳米硅线阵列。该方法可通过对金纳米颗粒薄膜 层的厚度和电解时间的调节，获得不同直径和长度范围的纳米硅线阵列，且相同条件下制 备出的硅线粗细均一，长度相近。该方法工艺简单，操作容易，普适性好，成本低廉，快速高 效，能在单晶硅片表面制备硅线阵列，且纳米硅线阵列的直径可控，从而实现了对纳米硅线 阵列表面接触角的控制。利用该方法制备得到的纳米硅线阵列，具有分级的纳米和微米粗 糙表面，该表面表现出良好的超疏水性，即对水的接触角大于150°，滚动角小于10°，污 水溅到表面会自动滚落，不留任何痕迹。利用本方法制得的超疏水硅片表面没有氟材料和 其他有害物质，对人体无毒害作用且对环境无污染，该疏水纳米阵列表面可提升半导体的 物化性质并扩展其半导体器件应用。
图1为本发明实施例1 6制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜 图。图2为本发明实施例1制备得到的有序纳米硅线的高分辨透射电子显微镜图。图3为水滴在本发明实施例1 6制备得到的有序纳米硅线阵列表面的微观形貌 图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。下 述实施例中所述方法如无特别说明，均为常规方法。实施例11)用可导电的单晶硅片作为刻蚀基质，该单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电 阻率为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm,将其切成面积与电解槽相应的硅片(1. 4cmXl. 4cm)，将 该单晶硅片依次在丙酮和高纯水中各超声清洗5min，超声功率为200W，使用氩气吹干后， 使用磁控离子溅射仪在硅片上溅射厚度为9nm的金纳米微粒薄膜，该薄膜中金纳米颗粒的 直径为2 8nm，大部分为5nm，并在该单晶硅片另一面镀上0. 1mm厚的铝膜，其中，磁控溅 射步骤中，溅射电流为11mA，溅射气压为lX10_3Pa，溅射时间为45s。2)以步骤1)制备所得的预设面积的覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片表面为阳 极，用金属底座将该单晶硅片固定在电解槽底侧，以体积比为9 6 2的乙醇、质量百分 浓度为48 %的HF水溶液和质量百分浓度为37 %的H202水溶液组成的混合液作为电解液， 以钼丝作为阴极，构成所用电解槽的材料为聚四氟乙烯，通电进行电解反应，硅片表面电流 密度为12mA/cm2，电解时间持续7min，与电解液接触的硅片表面生成单晶纳米硅线阵列，分 别用乙醇和高纯水冲洗硅片并用氩气吹干，得到具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。图1 (a)为该实施例制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜图；图2 为该有序纳米硅线的高分辨透射电子显微镜图，硅纳米线的衍射带表明硅纳米线内核是单 晶硅，表面比较粗糙并覆盖有非晶态硅；图3(a)为水滴在该有序纳米硅线阵列表面的微观 形貌图，由图3(a)可知，该实施例制备所得表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片， 由作为基底的单晶硅片和位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成，其中，所述单晶纳米硅线的直径介于40 120nm之间，长度在5 15 iim之间，作为基底的单晶硅片为硼元 素掺杂的P型硅片，电阻率为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm。在室温下，使用接触角测试仪对硅片表面硅线阵列的疏水性能进行检测。接触角 和滚动角测量每次均使用体积为5 y L的水滴，对每个样品的5个不同的地方进行测量，所 得到的接触角的平均测定值为158°，滚动角小于10°。实施例21)用可导电的单晶硅片作为刻蚀基质，该单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电 阻率为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm,将其切成面积与电解槽相应的硅片(1. 4cmXl. 4cm)，将 该单晶硅片依次在丙酮和高纯水中各超声清洗5min，超声功率为200W，用氮气吹干后，使 用磁控离子溅射仪在硅片上溅射厚度为llnm的金纳米微粒薄膜，该薄膜中金纳米颗粒的 直径为2 8nm，大部分为5nm，并在该单晶硅片另一面镀上0. 5mm厚的铝膜，其中，磁控溅 射步骤中，溅射电流为11mA，溅射气压为2X10_3Pa，溅射时间为55s。2)以步骤1)制备所得的预设面积的覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片表面为阳 极，用金属底座将该单晶硅片固定在电解槽底侧，以体积比为9 6 2的乙醇、质量百分 浓度为48 %的HF水溶液和质量百分浓度为37 %的H202水溶液组成的混合液作为电解液， 以钼丝作为阴极，构成所用电解槽的材料为聚四氟乙烯，通电进行电解反应，硅片表面电流 密度为llmA/cm2，电解时间持续7min，与电解液接触的硅片表面生成单晶纳米硅线阵列，分 别用乙醇和高纯水冲洗硅片并用氮气吹干，得到具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。图1(b)为该实施例制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜图；高 分辨透射电子显微镜图硅纳米线的衍射带表明硅纳米线内核是单晶硅，表面比较粗糙并覆 盖有非晶态硅；图3(b)为水滴在该有序纳米硅线阵列表面的微观形貌图。由图3(b)可知， 该实施例制备所得表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和 位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成，其中，所述单晶纳米硅线的直径介于20 60nm之间，长度在3 10 y m之间，作为基底的单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电阻率 为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm。在室温下，使用接触角测试仪对硅片表面硅线阵列的疏水性能进行检测。接触角 和滚动角测量每次均使用体积为5 y L的水滴，对每个样品的5个不同的地方进行测量，所 得到的接触角和滚动角的测定值平均为161°，滚动角小于10°。实施例31)用可导电的单晶硅片作为刻蚀基质，该单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电 阻率为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm,将其切成面积与电解槽相应的硅片(1. 4cmXl. 4cm)，将 该单晶硅片依次在丙酮和高纯水中各超声清洗5min，超声功率为200W，用氮气吹干后，使 用磁控离子溅射仪在硅片上溅射厚度为13nm的金纳米微粒，该薄膜中金纳米颗粒的直径 为2 8nm，大部分为5nm，并在该单晶硅片另一面镀上0. 5mm厚的铝膜，其中，磁控溅射步 骤中，溅射电流为10mA，溅射气压为lX10_3Pa，溅射时间为65s。2)以步骤1)制备所得的预设面积的覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片表面为阳 极，用金属底座将该单晶硅片固定在电解槽底侧，以体积比为9 6 2的乙醇、质量百分 浓度为48 %的HF水溶液和质量百分浓度为37 %的H202水溶液组成的混合液作为电解液， 以钼丝作为阴极，构成所用电解槽的材料为聚四氟乙烯，通电进行电解反应，硅片表面电流密度为lOmA/cm2，电解时间持续7min，与电解液接触的硅片表面生成单晶纳米硅线阵列，分 别用乙醇和高纯水冲洗硅片并用氩气吹干，得到具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。图1(c)为该实施例制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜图；高 分辨透射电子显微镜图硅纳米线的衍射带表明硅纳米线内核是单晶硅，表面比较粗糙并覆 盖有非晶态硅；图3(c)为水滴在该有序纳米硅线阵列表面的微观形貌图。由图3(c)可知， 该实施例制备所得表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和 位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成，其中，所述单晶纳米硅线的直径介于30 50nm之间，长度在1 5 y m之间，作为基底的单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电阻率为 10 20 Q cm,厚度为 0. 5mm。在室温下，使用接触角测试仪对硅片表面硅线阵列的疏水性能进行检测。接触角 和滚动角测量每次均使用体积为5 y L的水滴，对每个样品的5个不同的地方进行测量，所 得到的接触角和滚动角的测定值平均为161°，滚动角小于10°。实施例41)用可导电的单晶硅片作为刻蚀基质，该单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电 阻率为10 20 Q cm，厚度为0. 5mm，将其切成长方形(0. 5cmX 4cm)的硅片，将该单晶硅片 依次在丙酮和高纯水中各超声清洗5min，超声功率为200W，用氩气吹干后，使用磁控离子 溅射仪在硅片上溅射厚度为9nm的金纳米微粒薄膜，该薄膜中金纳米颗粒的直径为2 8nm，大部分为5nm ；其中，磁控溅射步骤中，溅射电流为9mA，溅射气压为4X10_3Pa，溅射时 间为45s。2)以步骤1)制备所得的预设面积的覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片插入电解 液做阳极，以体积比为9 5 2的乙醇、质量百分浓度为48%的HF水溶液和质量百分浓度 为37%的H202水溶液组成的混合液作为电解液，以石墨棒作为阴极，构成所用电解槽的材 料为聚四氟乙烯，通电进行电解反应，硅片表面电流密度为8mA/cm2，电解时间持续13min， 与电解液接触的硅片表面生成单晶纳米硅线阵列，分别用乙醇和高纯水冲洗硅片并用氮气 吹干，得到表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。图1(d)为该实施例制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜图；高 分辨透射电子显微镜图硅纳米线的衍射带表明硅纳米线内核是单晶硅，表面比较粗糙并覆 盖有非晶态硅；图3(d)为水滴在该有序纳米硅线阵列表面的微观形貌图。由图3(d)可知， 该实施例制备所得表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和 位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成，其中，所述单晶纳米硅线的直径介于40 120nm之间，长度在5 15 y m之间，作为基底的单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电阻率 为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm。在室温下，使用接触角测试仪对硅片表面硅线阵列的疏水性能进行检测。接触角 和滚动角测量每次均使用体积为5 y L的水滴，对每个样品的5个不同的地方进行测量，所 得到的接触角和滚动角的测定值平均为159°，滚动角小于10°。实施例51)用可导电的单晶硅片作为刻蚀基质，该单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电 阻率为10 20 Q cm，厚度为0. 5mm，将其切成长方形(0. 5cmX 4cm)的硅片，将该单晶硅片 依次在丙酮和高纯水中各超声清洗5min，超声功率为200W，用氮气吹干后，使用磁控离子溅射仪在硅片上溅射厚度为llnm的金纳米微粒薄膜，该薄膜中金纳米颗粒的直径为2 8nm，大部分为5nm ；其中，磁控溅射步骤中，溅射电流为9mA，溅射气压为4X10_3Pa，溅射时 间为55s。2)以步骤1)制备所得的预设面积的覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片插入电解 液做阳极，以体积比为9 5 2的乙醇、质量百分浓度为48%的HF水溶液和质量百分浓度 为37%的H202水溶液组成的混合液作为电解液，以石墨棒作为阴极，构成所用电解槽的材 料为聚四氟乙烯，通电进行电解反应，硅片表面电流密度为8mA/cm2，电解时间持续13min， 与电解液接触的硅片表面生成单晶纳米硅线阵列，分别用乙醇和高纯水冲洗硅片并用氩气 吹干，得到表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。图1(e)为该实施例制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜图；高 分辨透射电子显微镜图硅纳米线的衍射带表明硅纳米线内核是单晶硅，表面比较粗糙并覆 盖有非晶态硅；图3(e)为水滴在该有序纳米硅线阵列表面的微观形貌图。由图3(e)可知， 该实施例制备所得表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和 位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成，其中，所述单晶纳米硅线的直径介于20 60nm之间，长度在2 10 y m之间，作为基底的单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅片，电阻率 为10 20 Q cm,厚度为0. 5mm。在室温下，使用接触角测试仪对硅片表面硅线阵列的疏水性能进行检测。接触角 和滚动角测量每次均使用体积为5 y L的水滴，对每个样品的5个不同的地方进行测量，所 得到的接触角和滚动角的测定值平均为161°，滚动角小于10°。实施例61)用可导电的单晶硅片作为刻蚀基质，该单晶硅片为磷元素掺杂的p型硅片，电 阻率为10 20Qcm，厚度为0. 5mm，将其切成长方形(0. 5cm X 4cm)的硅片，将该单晶硅片 依次在丙酮和高纯水中各超声清洗5min，超声功率为200W，用氩气吹干后，使用磁控离子 溅射仪在硅片上溅射厚度为13nm的金纳米微粒薄膜，该薄膜中金纳米颗粒的直径为2 8nm，大部分为5nm ；其中，磁控溅射步骤中，溅射电流为9mA，溅射气压为4X10_3Pa，溅射时 间为65s。2)以步骤1)制备所得的预设面积的覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片插入电解 液做阳极，以体积比为9 5 2的乙醇、质量百分浓度为48%的HF水溶液和质量百分浓度 为37%的H202水溶液组成的混合液作为电解液，以石墨棒作为阴极，构成所用电解槽的材 料为聚四氟乙烯，通电进行电解反应，硅片表面电流密度为8mA/cm2，电解时间持续13min， 与电解液接触的硅片表面生成单晶纳米硅线阵列，分别用乙醇和高纯水冲洗硅片并用氮气 吹干，得到表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片。图1(f)为该实施例制备得到的有序纳米硅线阵列表面的扫描电子显微镜图；高 分辨透射电子显微镜图硅纳米线的衍射带表明硅纳米线内核是单晶硅，表面比较粗糙并覆 盖有非晶态硅；图3(f)为水滴在该有序纳米硅线阵列表面的微观形貌图。由图3(f)可知， 该实施例制备所得表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，所述单晶纳米硅线的直径 介于20 50nm之间，长度在3 10 y m之间，作为基底的单晶硅片为硼元素掺杂的p型硅 片，电阻率为10 20 Q cm，厚度为0. 5mm。在室温下，使用接触角测试仪对硅片表面硅线阵列的疏水性能进行检测。接触角和滚动角测量每次均使用体积为5 y L的水滴，对每个样品的5个不同的地方进行测量，所 得到的接触角和滚动角的测定值平均为160°，滚动角小于10°。
权利要求
一种表面具有纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成。
2.根据权利要求1所述的单晶硅片，其特征在于所述单晶硅片为n型或P型单晶硅 片，优选P型单晶硅片，所述单晶硅片中，掺杂有下述元素中的至少一种硼和磷，所述单晶 硅片的电阻率小于100 Q cm,优选10 30 Q cm,厚度均小于2謹，优选0. 5謹；所述单晶纳米硅线的直径为20 120nm，长度为1 15iim。
3.根据权利要求1或2所述的单晶硅片，其特征在于所述表面具有纳米硅线阵列的 单晶硅片是按照权利要求4 9所述方法制备而得。
4.一种制备权利要求1 3任一所述表面具有纳米硅线阵列的单晶硅片的方法，包括 如下步骤1)将单晶硅片超声清洗，干燥后在所述单晶硅片表面制备金纳米颗粒薄膜层，得到表 面覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片；2)以所述步骤1)制备得到的表面覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片的表面为阳极， 以惰性电极为阴极，由乙醇、氢氟酸水溶液和过氧化氢水溶液组成的混合液为电解液，通电 进行电解反应，反应完毕后依次对硅片进行清洗和吹干，在与所述电解液接触的单晶硅片 表面得到所述表面具有纳米硅线阵列的单晶硅片。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述金纳米颗粒薄膜层 的厚度为7 15nm，优选9 13歷，所述金纳米颗粒的粒径为2 8nm，优选5nm ；所述步骤2)中，所述电解液是乙醇、质量百分浓度为48%的HF水溶液和质量百分浓度 为37%的H202水溶液组成的混合液，所述乙醇、氢氟酸水溶液和过氧化氢水溶液的体积比 为(8 10) (5 7) (1 2)，优选 9:6:2;
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于所述步骤1)超声清洗步骤中，超声 功率为100 500W，优选200W，时间为3 10分钟，优选5分钟，所用清洗溶剂分别为丙酮 和高纯水；所述干燥步骤中，所用气体为氮气或氩气；所述步骤2)电解反应步骤中，硅片表面电流密度为5 70mA/cm2，优选lOmA/cm2，时间 为5 20分钟，优选10分钟；所述清洗步骤中，所用清洗溶剂分别为乙醇和高纯水，所述吹 干步骤中，所用气体为氮气或氩气。
7.根据权利要求4 6任一所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，制备所述金纳 米颗粒薄膜层的方法为磁控溅射法。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述磁控溉射法中溅射电流为7 15mA，优 选10mA，溉射气压为1X 1(T3 5 X l(T3Pa，优选2 X l(T3Pa，溉射时间为35 80s，优选45 65s。
9.根据权利要求4 8任一所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述单晶硅片为 n型或p型单晶硅片，优选p型单晶硅片，所述单晶硅片中，掺杂有下述元素中的至少一种 硼和磷，优选硼，所述单晶硅片的电阻率小于lOOQcm，优选10 30Qcm，厚度均小于2mm， 优选0. 5mm ；所述步骤2)中，所述惰性电极为钼丝或石墨棒，所述电解反应步骤中，构成所用电解 槽的材料为聚四氟乙烯。
10.权利要求1 3任一所述表面具有纳米硅线阵列的单晶硅片在制备具有自清洁功 能的纳米半导体器件中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片及其硅线制备方法。该单晶硅片由作为基底的单晶硅片和位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成。本发明以导电单晶硅片为前体，以磁控离子溅射仪溅射在硅片表面的金纳米颗粒为催化剂，通过电解法制备出预设面积的纳米硅线阵列。该方法可通过对金纳米颗粒薄膜层的厚度和电解时间的调节，获得不同直径和长度范围的纳米硅线阵列。该纳米硅线阵列具有分级的纳米和微米粗糙表面，该表面表现出良好的超疏水性，即对水的接触角大于150°，滚动角小于10°，污水溅到表面会自动滚落，不留任何痕迹，可提升半导体的物化性质并扩展其半导体器件应用。
文档编号B82B1/00GK101845661SQ20101017718
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者刘卫敏, 周延彪, 张文军, 汪鹏飞 申请人:中国科学院理化技术研究所