Ni-Si-NPA的制備及其電學(xué)特性研究.pdf

1、本文以水熱腐蝕技術(shù)制備的具有規(guī)則表面形貌和結(jié)構(gòu)的硅納米孔柱陣列(Silicon Nanoporous Pillar Array，Si-NPA)為襯底，利用其表明活性通過浸漬沉積技術(shù)并調(diào)控溶液中Ni<'2+>濃度、溶液的pH值、采用具有不同表面氧化狀況的Si-NPA襯底及改變沉積時間等條件，制備了具有不同圖案化結(jié)構(gòu)的鎳/硅納米孔柱陣列納米復(fù)合體系。系統(tǒng)研究了Ni<'2+>濃度、溶液pH、Si-NPA表面氧化狀況、沉積時間、退火溫度等制備條

2、件對所制備樣品的表面形貌和結(jié)構(gòu)的影響。分析了其形成機(jī)理，并對比研究了樣品退火前后的電學(xué)特性。取得了如下研究結(jié)果： 1.新鮮Si-NPA在不同浸漬溶液中的沉積。把新鮮Si-NPA分別置入堿性NiSO<,4>溶液、堿性NiSO<,4>-NH<,4>F溶液中浸漬沉積得到樣品。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Si-NPA在堿性NiSO<,4>溶液中沉積后，雖然其表面有鎳沉積，但表面硅柱在沉積過程中被嚴(yán)重腐蝕，制備不出具有圖案化陣列結(jié)構(gòu)鎳/硅納米復(fù)合體系；與

3、此相反Si-NPA在堿性NiSO<,4>-NH<,4>F溶液中沉積后，樣品表面很好的保留了襯底的陣列結(jié)構(gòu)特征且經(jīng)過EDS測試也表明在其表面有鎳的沉積。綜合以上我們決定選用堿性NiSO<,4>-NH<,4>F溶液作為制各樣品的浸漬溶液。 2.通過調(diào)控堿性NiSO<,4>-NH<,4>F溶液中的Ni<'2+>濃度、pU及采用不同氧化狀況的襯底、改變沉積時間等條件，進(jìn)一步優(yōu)化制備具有圖案化結(jié)構(gòu)特征的鎳/硅納米復(fù)合體系的條件。分析表明，

4、(1)Ni<'2+>濃度對Ni/Si-NPA表面形貌和結(jié)構(gòu)有很大的影響：高的Ni<'2+>濃度下制備的Ni/Si-NPA能夠保持Si-NPA襯底的規(guī)則陣列結(jié)構(gòu)特征；而低的Ni<'2+>濃度下制備的Ni/Si-NPA其襯底規(guī)則的陣列結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞；(2)溶液的pn對Ni/Si-NPA的表面形貌和結(jié)構(gòu)也有很大的影響：pH=6時，硅柱溶解不同于堿性溶液柱體中上部分溶解速率大于柱體中下部分，而是硅柱整體溶解，整個硅柱變細(xì)；(3)老化的Si-

5、NPA襯底上制備的Ni/Si-NPA，隨著老化時間的增加柱體溶解的速率就越大，所制備出的Ni/Si-NPA不具有理想的圖案化陣列結(jié)構(gòu)特征。通過以上比較得出了較理想的Ni<'2+>濃度、溶液的pH值、新鮮Si-NPA等制備條件。然后研究了在此條件下，浸漬時間對制備樣品表面形貌和結(jié)構(gòu)的影響。 3．把2中的優(yōu)化條件下制備的Ni/Si-NPA納米復(fù)合體系，放置到管式爐中分別加熱到400℃、600℃、800℃退火處理2個小時。退火后，樣品

6、在微米層次上基本上保持退火前樣品表面的規(guī)則陣列排布形式。隨著退火溫度的升高，樣品表面的化學(xué)組成發(fā)生了很大的變化：溫度低于600℃時，樣品表面只是顆粒尺寸的增大，而組成物質(zhì)沒有變化；當(dāng)溫度不小于600℃時，樣品表面的組成物質(zhì)從鎳顆粒變?yōu)檠趸囶w粒。 4.研究了Ni/Si-NPA/Si復(fù)合結(jié)構(gòu)的I-V和C-V曲線，通過比較發(fā)現(xiàn)I-V測試所得的勢壘高度要大于C-V測試的勢壘高度，并分析了原因。通過研究低溫下不同工作溫度對Ni/Si-NPA/S