專利名稱：在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米顆粒制備技術(shù)領(lǐng)域，到一種在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，為直接在GaAs襯底上制備均勻的金屬納米顆粒提供了一條新的途徑。
背景技術(shù)：
將制備的超薄的陽極氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體材料襯底上，可以用作刻蝕的或者淀積的掩模板，合成納米孔、納米點(diǎn)、納米柱等不同的納米結(jié)構(gòu)體系，但是將超薄的陽極氧化鋁模板從鋁基底上取下來并轉(zhuǎn)移到其它基底上比較困難。因?yàn)樗|(zhì)地較脆，容易斷裂并且不易操作，模板與襯底之間的接觸不好，同時在轉(zhuǎn)移的過程中也會引入污染。因而直接在半導(dǎo)體材料襯底上蒸鍍一層鋁膜進(jìn)行陽極氧化，則可以避免此轉(zhuǎn)移過程，而且由于制備的超薄陽極氧化鋁模板與半導(dǎo)體材料襯底接觸緊密，可以很方便的進(jìn)行清洗，避免污染，從而成為制備納米結(jié)構(gòu)體系的一種新的方法。2000年D. Crouse等人首先報道了在Si襯底上通過蒸鍍一層鋁膜進(jìn)行陽極氧化得到規(guī)則的多孔氧化鋁結(jié)構(gòu)，并且通過刻蝕成功地將該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到Si襯底上；2003年 Melissa S. Sander等人報道了不僅僅在Si襯底，同時在SW2以及Au襯底上通過蒸鍍一層鋁膜直接進(jìn)行陽極氧化得到多孔的陽極氧化鋁模板，并且直接制備了金屬點(diǎn)以及金屬線陣列；而目前報道的陽極氧化鋁模板在GaAs襯底上的應(yīng)用大多都是將其轉(zhuǎn)移到GaAs襯底上， 因此在本發(fā)明中直接將陽極氧化鋁模板制備在GaAs襯底上并且在其表面制備了周期的金屬納米點(diǎn)陣。這對于研究周期性的金屬納米點(diǎn)陣的表面等離子體性質(zhì)在GaAs太陽電池中的陷光效應(yīng)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法， 以避免采用已制備好的陽極氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體材料襯底過程中模板易碎、模板與襯底之間接觸不好、以及引入污染等問題。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，該方法包括在GaAs襯底正反面各淀積一層SiO2進(jìn)行保護(hù)；在GaAs襯底的正面再蒸鍍一層金屬鋁膜；將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧化；將氧化后的 GaAs襯底在磷酸溶液中腐蝕擴(kuò)孔；采用Ar離子轟擊完全去除阻擋層，得到完全通孔的陽極氧化鋁模板；將表面制備有陽極氧化鋁模板的GaAs襯底進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬填孔；以及去除表面的陽極氧化鋁膜，在GaAs襯底表面得到均勻的金屬納米顆粒。上述方案中，所述GaAs襯底為N型摻雜、電阻率為1. 25X10_3_4. 79X10_3ohm. cm。上述方案中，所述GaAs襯底正面淀積的SW2厚度為50nm，鋁膜的厚度為1500nm。上述方案中，所述將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧
3化的步驟中，采用的是二次氧化的方法，包括第一次陽極氧化、去除一次氧化的氧化鋁膜、 第二次陽極氧化和擴(kuò)孔。上述方案中，所述將氧化后的GaAs襯底在磷酸溶液中腐蝕擴(kuò)孔的步驟中，腐蝕擴(kuò)孔的時間為30-35分鐘，溫度為30°，磷酸溶液的濃度為5w%。上述方案中，所述采用Ar離子轟擊完全去除阻擋層的步驟中，Ar2流量為40sCCm/ 分鐘，刻蝕功率為600W。上述方案中，所述將表面制備有陽極氧化鋁模板的GaAs襯底進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬填孔的步驟中，電子束蒸發(fā)金屬的條件為真空度為2. 8X 10_6Pa，速率為0. 6nm/s。上述方案中，所述去除表面的陽極氧化鋁膜的步驟中，陽極氧化鋁膜的去除采用 IM NaOH腐蝕液在常溫下去除。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，直接在GaAs襯底表面通過陽極氧化得到多孔的陽極氧化鋁作為模板，避免了采用已制備好的陽極氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體材料襯底過程中模板易碎、模板與襯底之間接觸不好、以及引入污染等問題。2、本發(fā)明提供的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，操作簡單、相比電子束曝光不僅節(jié)約了成本同時可以得到大面積的均勻的金屬納米顆粒，在研究金屬納米點(diǎn)陣的表面等離子體性質(zhì)在GaAs太陽電池中的陷光效應(yīng)中具有重要的意義。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明中的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合具體實(shí)施方式
和

，其中圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法流程圖；圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的工藝流程圖；圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例得到的多孔陽極氧化鋁膜的平面掃描電子顯微鏡(SEM) 圖；圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例得到的多孔陽極氧化鋁膜的側(cè)面SEM圖；圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例刻蝕通孔后的多孔陽極氧化鋁膜的側(cè)面SEM圖；圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例電子束蒸發(fā)金屬后的側(cè)面SEM圖；圖7為依照本發(fā)明實(shí)施例最后去除陽極氧化鋁膜后得到周期排列的金屬納米顆粒平面SEM圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想是在GaAs襯底上通過直接制備陽極氧化鋁作為模板，利用電子束蒸發(fā)最終在GaAs襯底表面得到均勻有序的金屬納米顆粒。如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法流程圖，該方法包括
步驟1 在GaAs襯底正反面各淀積一層SW2進(jìn)行保護(hù)；步驟2 在GaAs襯底的正面再蒸鍍一層金屬鋁膜；步驟3 將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧化；步驟4 將氧化后的GaAs襯底在磷酸溶液中腐蝕擴(kuò)孔；步驟5 采用Ar離子轟擊完全去除阻擋層，得到完全通孔的陽極氧化鋁模板；步驟6 將表面制備有陽極氧化鋁模板的GaAs襯底進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬填孔；以及步驟7 去除表面的陽極氧化鋁膜，在GaAs襯底表面得到均勻的金屬納米顆粒。其中，步驟3中所述將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧化的步驟中，采用的是二次氧化的方法，包括第一次陽極氧化、去除一次氧化的氧化鋁膜、 第二次陽極氧化和擴(kuò)孔。給予圖1所示的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法流程圖，圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的工藝流程圖，具體步驟如下步驟SlO 準(zhǔn)備好基片GaAs襯底，采用三氯乙烯、丙酮、乙醇各煮兩遍，去離子水沖洗干凈，最后用氮?dú)鈽尨蹈?。步驟S20 采用離子束濺射分別在GaAs襯底的背面淀積200nm的SiO2,正面淀積 50nm的SW2做保護(hù)。步驟S30 采用電子束蒸發(fā)在基片的正面淀積一層Al膜，厚度為1500nm。步驟S40 在低溫恒溫水浴槽中采用二次氧化的方法進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，得到多孔的陽極氧化鋁模板，并采用Ar離子刻蝕實(shí)現(xiàn)通孔。具體的實(shí)驗(yàn)條件為氧化反應(yīng)中采用 0. 3mol/L的草酸作為電解液，反應(yīng)溫度控制在15°C，一次氧化時間為15分鐘30秒，除膜7 分鐘，二次氧化的時間為7分鐘，采用磷酸擴(kuò)孔32分鐘，得到的陽極氧化鋁表面和側(cè)面圖分別如圖3、4所示，其中平均孔徑為65nm，孔間距為90nm，高度為250nm ；最后采用Ar2刻蝕 40s實(shí)現(xiàn)通孔的陽極氧化鋁側(cè)面圖如圖5所示，通孔部分由紅色區(qū)域標(biāo)出。步驟S50 采用電子束蒸發(fā)30nmAg填孔，蒸發(fā)速率為0. 6nm/s，填孔后的側(cè)面圖如圖6所示。步驟S60 采用IM NaOH溶液在常溫下腐蝕去除陽極氧化鋁模板，最終在基片的表面得到周期性排列的Ag納米顆粒，高度為30nm，直徑為60-70nm，如圖7所示。由圖7所示可以看出，我們采用的該種方法可以很好的在GaAs襯底表面得到均勻的排列有序的金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)，該種方法操作簡單、節(jié)約成本并且可以大面積制備，值得說明的是實(shí)驗(yàn)中通過控制制備陽極氧化鋁的條件可以得到不同孔徑、不同高度的陽極氧化鋁模板，同時結(jié)合電子束蒸發(fā)不同厚度的金屬填孔，最后可以得到不同直徑，不同形狀的金屬納米顆粒，這為研究金屬納米顆粒陣列的表面等離子體性質(zhì)在增加GaAs太陽電池的陷光效應(yīng)中具有重要的意義。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括在GaAs襯底正反面各淀積一層SW2進(jìn)行保護(hù)；在GaAs襯底的正面再蒸鍍一層金屬鋁膜；將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧化；將氧化后的GaAs襯底在磷酸溶液中腐蝕擴(kuò)孔；采用Ar離子轟擊完全去除阻擋層，得到完全通孔的陽極氧化鋁模板；將表面制備有陽極氧化鋁模板的GaAs襯底進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬填孔；以及去除表面的陽極氧化鋁膜，在GaAs襯底表面得到均勻的金屬納米顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述 GaAs襯底為N型摻雜、電阻率為1. 25X 1(Γ3-4· 79Χ 10、hm. cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述 GaAs襯底正面淀積的SW2厚度為50nm，鋁膜的厚度為1500nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧化的步驟中，采用的是二次氧化的方法，包括第一次陽極氧化、去除一次氧化的氧化鋁膜、第二次陽極氧化和擴(kuò)孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述將氧化后的GaAs襯底在磷酸溶液中腐蝕擴(kuò)孔的步驟中，腐蝕擴(kuò)孔的時間為30-35分鐘，溫度為30°，磷酸溶液的濃度為5w%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述采用Ar離子轟擊完全去除阻擋層的步驟中，Ar2流量為40sCCm/分鐘，刻蝕功率為600W。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述將表面制備有陽極氧化鋁模板的GaAs襯底進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬填孔的步驟中，電子束蒸發(fā)金屬的條件為真空度為2. 8 X10_6Pa，速率為0. 6nm/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，其特征在于，所述去除表面的陽極氧化鋁膜的步驟中，陽極氧化鋁膜的去除采用IM NaOH腐蝕液在常溫下去除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在GaAs襯底上制備金屬納米顆粒的方法，該方法包括在GaAs襯底正反面各淀積一層SiO2進(jìn)行保護(hù)；在GaAs襯底的正面再蒸鍍一層金屬鋁膜；將蒸鍍有金屬鋁膜的GaAs襯底在陽極氧化浴槽中進(jìn)行陽極氧化；將氧化后的GaAs襯底在磷酸溶液中腐蝕擴(kuò)孔；采用Ar離子轟擊完全去除阻擋層，得到完全通孔的陽極氧化鋁模板；將表面制備有陽極氧化鋁模板的GaAs襯底進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬填孔；以及去除表面的陽極氧化鋁膜，在GaAs襯底表面得到均勻的金屬納米顆粒。利用本發(fā)明，避免了采用已制備好的陽極氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體材料襯底過程中模板易碎、模板與襯底之間接觸不好、以及引入污染等問題。
文檔編號C23C14/04GK102433529SQ201110440640
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉雯, 徐銳, 楊富華, 王曉東, 王曉峰, 程凱芳, 馬慧麗 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所