外電場下金屬輔助制備單晶硅納米結構的研究

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1、碩士學位論文題目:外電場下金屬輔助制備單晶硅納米結構的研究研究生焦曉東專業(yè)機械工程指導教師巢炎副教授完成日期2016年3月15日杭州電子科技大學碩士學位論文外電場下金屬輔助制備單晶硅納米結構的研究研究生:焦曉東指導教師:巢炎副教授2015年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterStudyonfabricatingofsiliconnanostructurebasedonelectricfieldCandidate:

2、JiaoXiaodongSupervisor:Prof.ChaoYanDecember,2015抗州電子科技大學學位論文原創(chuàng)性聲明和使用授較說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研巧工作所取得的成果，本論文不含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外。的作品或成果，均已在文中Ｗ明確方式祿明。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體一。申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔切相關責任論文作者簽名：日期：知戶《年Ｊ月日名與。、寺Ｊ

3、＾學位論文使用授較說明；研巧生在校攻讀本人完全了解抗州電子科技大學關于保留和使用學位論文的規(guī)定，即學位期閩論文工作的知識產(chǎn)權單位屬杭州電子科技大學。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名單位仍然為杭州電子科技大學。學校有權保留送交論文的復印件，，可允許查閱和借閱論文；學?？桑薰颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容（＾＾允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）論文作者簽名／ｉ：也糸曰期：如／年Ｊ月嚴日兔指導教師簽名ｆ：％日期：＾月日７個／

4、杭州電子科技大學碩士學位論文摘要單晶硅納米結構具有獨特的納米尺寸效應，呈現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能和化學性能，在半導體工業(yè)中具有重要的應用價值。制備單晶硅納米結構的方法很多，其中金屬輔助化學腐蝕（MaCE）法憑借其簡單低功耗、不需要復雜昂貴的設備，制備精度高以及可制備范圍廣等優(yōu)點受到國內(nèi)外廣泛關注。在MaCE法中，貴金屬催化劑顆粒的運動狀態(tài)是制備硅納米結構的關鍵，但是容易受貴金屬形態(tài)、類型、溶液中氧化劑的含量、硅材料參雜程度以及硅晶向結構等諸多因素影響，其運動的隨機性和不確定性仍無法有效的突破。本文從電化學腐蝕法的機理中

5、，在MaCE法中引入了外電場概念，使用外電場直接控制貴金屬顆粒的運動狀態(tài)，并提出了外電場控制模型，詳細分析了外電場對腐蝕速度和腐蝕方向的控制作用，構建了外電場下MaCE法制備三維硅納米結構的方法，并取得了一定的成果。本文主要研究內(nèi)容如下：（1）首先本文闡述了課題研究的背景意義，簡單介紹了單晶硅納米結構的常見應用和常用的制備方法?？偨Y了國內(nèi)外對該方法的研究現(xiàn)狀，并且引出本文的主要研究內(nèi)容。（2）詳細分析了MaCE法和電化學腐蝕法的機理，總結了單晶硅納米結構制備過程中需要調(diào)控的參數(shù)。從這兩個方法的機理出發(fā)，引出了外電場

6、概念，提出了外電場下金屬輔助化學腐蝕制備單晶硅納米結構的方法。（3）開展了電場調(diào)控MaCE法的實驗研究，對比有無電場的實驗結果，證明了電場對MaCE法具有調(diào)控能力。通過六組不同電場強度的實驗，研究了電場強度對MaCE法的調(diào)控能力，得出了不同電場強度下對腐蝕速度和腐蝕方向的影響關系。對實驗結果的分析，得出了電流密度和腐蝕速度的關系圖、電場有效作用區(qū)間和最優(yōu)電流密度。（4）詳細分析了外電場下MaCE法的制備機理，提出了外電場控制MaCE制備硅納米結構的模型。通過正交電場實驗，驗證了外電場模型控制腐蝕方向的能力。通過晶向

7、和氧化劑濃度的實驗，研究了晶向和氧化劑濃度與外電場控制模型的關系，得出了氧化劑濃度對外電場模型影響最大，而晶向不會產(chǎn)生影響。（5）研究了外電場模型的應用，開展了電場下MaCE法制備3D硅納米結構的可行性研究。搭建平臺，通過合適的控制算法，在單晶硅中形成圓形電場，從單晶硅SEM微結構中可以看到，圓形電場使MaCE法在單晶硅中制備出一個圓弧結構。證明了外電場模型具有制備3D硅納米結構的能力，為制備復雜3D硅納米結構提供了一種新的解決方案。關鍵詞：外電場驅動，單晶硅，MaCE，腐蝕速度方向，電場控制模型，3D硅納米結構I

8、杭州電子科技大學碩士學位論文ABSTRACTSilicon(Si)nanostructuresexhibitpromisingpotentialapplicationinthesemiconductorindustryduetouniquenano-scaleeffectandexcellentphysicalproperties.Variousmethod