Si衬底表面湿化学法修饰研究

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本文对Si材料的各向异性刻蚀特性进行了深入分析,并以此为基础利用化学湿法各向异性刻蚀技术对单晶Si(100)衬底进行表面改型处理,得到了形貌良好的“V”型沟槽阵列结构。利用化学液相沉积法(LPD)在具有“V”型沟槽结构的Si衬底上制备了STO薄膜,通过优化实验参数以获得高质量的STO薄膜。使用新颖的微乳水热方法,在具有“V”型沟槽结构的Si衬底上制备了形貌独特的ZnO纳米结构。主要研究内容如下:1.单晶Si(100)衬底表面“V”型沟槽结构的获得。使用5mo1/L的KOH溶液和1mol/L的刻蚀速率缓和剂异丙醇(IPA)的混合溶液作为刻蚀剂,开创性地使用Ti02作为刻蚀掩模在单晶Si(100)衬底上获得了平行排列侧壁光滑的“V”型沟槽结构。研究表明:随着刻蚀时间的增加或水浴温度的提高,“V”型沟槽的深度和宽度逐渐增加,掩模也不断被消耗,当掩模消耗殆尽后,已经形成的沟槽结构的顶端开始被腐蚀而导致结构恶化。在水浴温度50℃下利用30分钟的刻蚀时间和200nm厚的Ti02掩模可以得到侧壁较光滑平整的“V”型沟槽结构。本章制备的“V”型沟槽衬底结构是以后工作的基础,为下一步的STO薄膜和ZnO纳米结构膜的制备沉积提供了良好的衬底材料。2.采用液相沉积法制备STO,研究亲水时间、沉积温度以及退火温度等对薄膜成相及形貌的影响。XRD和SEM的分析结果表明:衬底表面亲水性是LPD法能否进行的基础,对衬底亲水处理10分钟可以得到较好的亲水效果;配制前驱液的过程中应缓慢注入硼酸;经较低的沉积温度(40℃)沉积,650℃退火4小时后得到连续平整的薄膜,沉积温度升高薄膜表面形貌变差。制备的STO薄膜无明显取向,是以多晶形式存在的,提高其外延特性还有待进一步研究。3.ZnO纳米结构膜在Si衬底上的制备。利用水、CTAB、正丁醇和环已烷形成的微乳液体系,以其中的反相胶束为核心,加入少量溶胶的方法,并在120℃下水热2小时后成功制备了氧化锌中空纳米结构。通过对不同的水热时间、反应温度、烧结温度和不同衬底等制备条件的研究得出:控制实验条件,水热温度120℃,反应时间2小时后取出样品在350℃下进行烧结,可在改型Si衬底上制得管状的六角对生棱柱结构ZnO。延长反应时间或增加水热温度,中空结构的ZnO端面出现了闭合最终形成柱状结构的六角对生棱柱ZnO。在烧结过程中,烧结温度过低会造成反应溶液的残留,烧结温度过高则导致ZnO中空结构的坍塌、破碎。而衬底的改变对ZnO结构的形貌、尺寸没有太大影响。
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