大面积p-n结纳米硅线阵列及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种纳米硅线阵列及其制备方法，尤其是涉及一种大面积p-n结纳米硅线阵列及其制备方法，属于纳米材料制备与应用技术领域。背景技术
一维纳米材料由于其奇特的结构与物理性能，不仅为基础物理研究提供了可贵的研究对象，也预示着巨大的应用前景和经济利益，必将给传统的材料，微电子等领域带来革命性的改变。由于硅材料在传统微电子行业的重要地位，硅基纳米结构的材料受到了极大的关注。目前的纳米硅线制备方法主要有：化学汽相沉积法(CVD)，脉冲激光烧蚀法(Laser ablation)，物理蒸发法(Physical evaporation)等。这些方法由于生长机制的限制，通常需要相当高的温度和一些复杂的设备，从而造成较高的生产成本。如专利00117242.5中的硅线生长温度高达1600-2000℃[参见：中国专利00117242.5，公开号1277152，公开日期2000.12.20]。目前我们提出了一种新的制备纳米硅线的技术[参见：中国专利申请号02104179.2，公开号CN 1382626A，公开日期2002.12.4]，这种技术不需要高温和复杂设备，可以在室温附近制备出大面积纳米硅线阵列。
P-n结硅结构在传统微电子行业中具有极其重要的作用，但是硅的一维纳米同质结构的制备还少见报道。C.M.Lieber等人报道了一维p-n结纳米硅线以及p-n硅线超晶格的合成[参见：Gudiksen，M.S.，Lauhon，L.J.，Wang，J.，Smith，D.C.，Lieber，C.M.Nature 415 617-620(2002)]。但是p-n结纳米硅线阵列的制备国际上还没有报道过。发明内容
本发明的目的是提供一种制备工艺和设备简单、成本低、低温合成的大面积p-n结纳米硅线阵列及其方法，在接近室温附近所制备地大面积的p-n结纳米硅线阵列，具有典型的二级管整流效应。
本发明提供的大面积p-n结纳米硅线阵列，其特征在于：所述纳米硅线阵列中的硅纳米线具有p-n结结构。
在所述的p-n结纳米硅线阵列中，其腐蚀溶液中含有氢氟酸和硝酸银，另外还可以加入硝酸镍。
本发明提供的一种制备大面积p-n结纳米硅线阵列的方法，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行：
(1)配制反应溶液，反应溶液由氢氟酸和硝酸银溶液组成，其中氢氟酸浓度为2.5mol/L-10mol/L，硝酸银浓度为0.01mol/l-0.06mol/l；
(2)将经过清洗液超声清洗过的p-n结硅片浸入盛有上述配制的反应溶液的水热反应釜中，封釜；
(3)将上述水热反应釜放入烘箱，在30-60℃处理30-60分钟；
(4)取出水热反应釜在空气中自然冷却，取出硅片，把硅片表面疏松的银薄膜去掉后，经去离子水清洗和浸泡，自然晾干。
在所述的制备方法中，步骤(1)也可加入浓度为0.02-0.10mol/l硝酸镍。
在本发明中，氢氟酸和硝酸银的作用为产生p-n纳米硅线，硝酸镍则对p-n结纳米硅线阵列起改善作用。由于本制备方法条件简单，不需要高温，不需要复杂设备，因而大大降低了制备的成本。另外所得到的p-n结纳米硅线阵列具有典型的整流效应，在微电子和纳电子行业具有重要的应用前景。
试验证明它可达到预期目的。附图说明
图1为本发明的大面积p-n结纳米硅线阵列的扫描电镜图象。
图2为本发明的p-n结纳米硅线阵列的I-V曲线。具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
本发明在30-60℃的水溶液中，在经乙醇，丙酮。HF酸和去离子水简单清洗过的单晶p-n结硅片衬底上直接一步腐蚀合成出了大面积p-n结纳米硅线阵列。其制备步骤如下：
(a)配制反应溶液，其中氢氟酸浓度在2.5mol/L-10mol/L之间，硝酸银浓度在0.01mol/l-0.06mol/l之间，同时也可加入0.02-0.10mol/l硝酸镍；
(b)将经过无水乙醇，氢氟酸，去离子水超声清洗过的p-n结硅片浸入盛有所配反应溶液的水热反应釜中，然后密封水热反应釜；
(c)将水热反应釜放入烘箱，在30-60℃处理30-60分钟；
(d)然后把水热反应釜取出在室温冷却10-20分钟后，取出硅片，把硅片表面疏松的银薄膜去掉后，经去离子水2-3次清洗和浸泡大约30分钟后，自然晾干。
实施例1
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.01mol/l硝酸银和0.08mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在50℃处理60分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。
实施例2
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.015mol/l硝酸银和0.04mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在50℃处理60分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。
实施例3
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.02mol/l硝酸银和0.08mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在50℃处理45分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。
实施例4
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.03mol/l硝酸银和0.04mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在50℃处理60分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。
实施例5
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.04mol/l硝酸银和0.04mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在30℃处理60分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。
实施例6
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.05mol/l硝酸银和0.04mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在50℃处理60分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。
实施例7
首先将配制含有4.6mol/l氢氟酸，0.06mol/l硝酸银和0.08mol/l硝酸镍的反应溶液装入水热反应釜中；然后把经过无水乙醇，氢氟酸和去离子水超声清洗过的单晶p-n结硅片放入釜中；在60℃处理30分钟，经去离子水3-4次浸泡清洗，自然晾干后就可获得p-n结纳米硅线阵列。