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硅纳米线阵列的制备及其在生化传感器中的应用

万丽娟  
【摘要】: 硅纳米线以其进入纳米尺度后所具有的独特的半导体性质与发展为各式纳米元件的极大潜力,受到学术界越来越多的关注。 在本论文的第一部分中,针对利用“无电电镀”方法制备硅纳米线的形成机制的说法不统一的现状,我们从研究硅纳米线的形成机理入手,通过对无电电镀和伽伐尼置换两个概念的分析,借鉴其他小组的某些观点和经过大量的实验验证,提出一种新的硅纳米线的形成机制。在该机制中,伽伐尼置换过程中形成的金属-绝缘体-半导体(MIS)结构对硅纳米线阵列的形成起到至关重要的作用。MIS结构是一个动态平衡的过程,贵金属离子和HF溶液分别起到增厚和减薄二氧化硅层的作用。 第二部分,考虑到以往的硅纳米线刻蚀需要在高温、高压等严苛的实验条件下进行,我们通过对实验条件的改进,在室温、常压等常态的实验条件下,成功地制备了线径均匀和垂直排布于硅衬底的硅纳米线阵列;同时,通过研究各实验条件对形成硅纳米线的影响,得到优化的制备硅纳米线阵列的实验条件。结合实验结果,对硅纳米线形成机理做进一步探讨,证实了第一部分中提出的机制的正确性。 第三部分,为了实现硅纳米线阵列在微纳器件中的应用,我们通过把微电子加工工艺与伽伐尼置换相结合的方法,采用氮化硅做掩膜,成功地获得了图形化的硅纳米线。通过在氮化硅抗蚀能力之内,改变刻蚀时间的影响,得到优化的实验条件。另外,利用流体力学理论解释了图形化对形成硅纳米线长度的影响。 最后,通过在硅纳米线阵列的表面修饰普鲁士蓝分子,制成了普鲁士蓝/硅纳米线电极,通过在三电极系统中把该电极应用到对过氧化氢的电化学行为方面的研究,发现该电极对过氧化氢有很好的催化响应能力,有制成生化传感器的希望。


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