氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109324089A(43)申请公布日2019.02.12(21)申请号201710641695.5(22)申请日2017.07.31(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人秦玉香王泽峰崔震赵黎明(74)专利代理机构天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙)12214代理人王秀奎(51)Int.Cl.G01N27/12(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构及其制备方法(57)摘要本发明提供氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构及其制备方法，首先通过金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线阵列，其次通过磁控溅射的方法使钨颗粒附着在硅纳米线顶部，最后在管式炉中灼烧，使得钨颗粒氧化成氧化钨颗粒的同时，硅纳米线阵列变的疏松、且嵌套有大孔结构。采用本发明方法制备的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构具有高的表面活性以及大的比表面积，在气体传感方面具有很重要的研究价值。CN109324089ACN109324089A权利要求书1/2页1.氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构，其特征在于，由氧化钨颗粒和疏松大孔硅基材料组成，硅基材料由垂直于硅片的硅纳米线阵列组成，氧化钨颗粒修饰在硅纳米线表面以在硅-氧化钨界面形成异质结的嵌套结构，硅纳米线彼此疏松形成大孔结构，硅纳米线长为20-40μm，直径为150-300nm。2.根据权利要求1所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构，其特征在于，硅纳米线长为20-30μm，直径为200-300nm。3.氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，金属辅助化学刻蚀法刻蚀硅纳米线：将硅片依次置于第一溶液和第二溶液中，分别浸泡0.5-2min和50-70min，硅片取出后清洗后，得到经过刻蚀的硅片，第一溶液为氢氟酸和硝酸银的水溶液，氢氟酸浓度为5-5.5M，硝酸银浓度为0.005-0.008M，第二溶液为氢氟酸和过氧化氢的水溶液，氢氟酸浓度为5-5.5M，过氧化氢浓度为2-2.5M；步骤2，沉积钨颗粒材料层：将经过刻蚀的硅片置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室中，以金属钨作为靶材，以氩气作为溅射气体，在硅片表面沉积钨颗粒源材料层，其中氩气流量为20-50sccm，溅射工作气压为1.0-3.0Pa，溅射功率为60-120W，溅射时间为3-8min，基片温度为20-25℃，得到沉积钨颗粒的硅片；步骤3，钨颗粒的氧化及硅纳米线大孔嵌套疏松结构的形成：将沉积钨颗粒的硅片置于真空高温管式炉设备中进行氧化热处理，以氩气为工作气体，氧气为反应气体，氧化成氧化钨颗粒，镀有钨颗粒的硅片放在管式炉的高温区，管式炉从室温20—25摄氏度升到700-800℃，升温速率3-5℃/min，在700-800℃保温至少1h，再通过50—60min降温至400—450℃，最后自然冷却到室温20-25℃，得到氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构。4.根据权利要求3所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制备方法，其特征在于，所述硅片为单面抛光p型轻掺杂硅片，晶向为(100)，电阻率为10-15Ω.cm，硅片切割尺寸为20mm×10mm。5.根据权利要求3所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，将硅片依次置于第一溶液和第二溶液中，分别浸泡0.8-1.2min和55-65min。6.根据权利要求3所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，刻蚀后硅片的清洗：首先用去离子水清洗后，将硅片置于质量百分数30wt％的硝酸水溶液中5-20min，然后在质量百分数5wt％的氢氟酸水溶液中浸泡0.5-2min后取出用去离子水清洗。7.根据权利要求3所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤2中，靶材金属钨的质量纯度为99.999％，溅射气体氩气的质量纯度为99.999％，溅射要求的本体真空4.0×10-4pa以下；磁控溅射的条件为：氩气流量为30-45sccm，溅射工作气压为1.5-2.5Pa，溅射功率为80-100W，溅射时间为3-5min。8.根据权利要求3所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制备方法，其特征在于，在步骤3中，工作气体氩气的质量纯度为99.999％，反应气体氧气的质量纯度为99.999％；反应过程中，真空高温管式炉中氧气和氩气流量分别为0.1-0.5sccm和75-80sccm，控制炉内生长压力为150-180Pa。2CN109324089A权利要求书2/2页9.根据权利要求3所述的氧化钨颗粒修饰的疏松大孔硅基多级结构的制