论文摘要
本文以水热腐蚀技术制备的具有规则表面形貌和结构的硅纳米孔柱阵列（Silicon Nanoporous Pillar Array，Si-NPA）为衬底，利用其表明活性通过浸渍沉积技术并调控溶液中Ni2+浓度、溶液的pH值、采用具有不同表面氧化状况的Si-NPA衬底及改变沉积时间等条件，制备了具有不同图案化结构的镍／硅纳米孔柱阵列纳米复合体系。系统研究了Ni2+浓度、溶液pH、Si-NPA表面氧化状况、沉积时间、退火温度等制备条件对所制备样品的表面形貌和结构的影响。分析了其形成机理，并对比研究了样品退火前后的电学特性。取得了如下研究结果：1．新鲜Si-NPA在不同浸渍溶液中的沉积。把新鲜Si-NPA分别置入碱性NiSO4溶液、碱性NiSO4-NH4F溶液中浸渍沉积得到样品。测试结果发现Si-NPA在碱性NiSO4溶液中沉积后，虽然其表面有镍沉积，但表面硅柱在沉积过程中被严重腐蚀，制备不出具有图案化阵列结构镍／硅纳米复合体系；与此相反Si-NPA在碱性NiSO4-NH4F溶液中沉积后，样品表面很好的保留了衬底的阵列结构特征且经过EDS测试也表明在其表面有镍的沉积。综合以上我们决定选用碱性NiSO4-NH4F溶液作为制备样品的浸渍溶液。2．通过调控碱性NiSO4-NH4F溶液中的Ni2+浓度、pH及采用不同氧化状况的衬底、改变沉积时间等条件，进一步优化制备具有图案化结构特征的镍／硅纳米复合体系的条件。分析表明，（1）Ni2+浓度对Ni／Si-NPA表面形貌和结构有很大的影响：高的Ni2+浓度下制备的Ni／Si-NPA能够保持Si-NPA衬底的规则阵列结构特征；而低的Ni2+浓度下制备的Ni／Si-NPA其衬底规则的阵列结构几乎完全被破坏；（2）溶液的pH对Ni／Si-NPA的表面形貌和结构也有很大的影响：pH=6时，硅柱溶解不同于碱性溶液柱体中上部分溶解速率大于柱体中下部分，而是硅柱整体溶解，整个硅柱变细；（3）老化的Si-NPA衬底上制备的Ni／Si-NPA，随着老化时间的增加柱体溶解的速率就越大，所制备出的Ni／Si-NPA不具有理想的图案化阵列结构特征。通过以上比较得出了较理想的Ni2+浓度、溶液的pH值、新鲜Si-NPA等制备条件。然后研究了在此条件下，浸渍时间对制各样品表面形貌和结构的影响。3．把2中的优化条件下制备的Ni／Si-NPA纳米复合体系，放置到管式炉中分别加热到400℃、600℃、800℃退火处理2个小时。退火后，样品在微米层次上基本上保持退火前样品表面的规则阵列排布形式。随着退火温度的升高，样品表面的化学组成发生了很大的变化：温度低于600℃时，样品表面只是颗粒尺寸的增大，而组成物质没有变化；当温度不小于600℃时，样品表面的组成物质从镍颗粒变为氧化镍颗粒。4．研究了Ni／Si-NPA／Si复合结构的I-V和C-V曲线，通过比较发现I-V测试所得的势垒高度要大于C-V测试的势垒高度，并分析了原因。通过研究低温下不同工作温度对Ni／Si-NPA／Si复合结构中理想因子的影响，发现随着温度的降低理想因子逐渐增大；测试了它在空气中放置时间对其电学性能的影响，发现几次测试的I-V曲线几乎完全重合，说明样品的放置时间对其电学特性影响不是很大。5．对Ni／Si-NPA在高纯氮气氛下退火的样品进行了I-V测试，发现其电流-电压关系满足肖特基结的I-V关系，通过拟合得出其理想因子的大小，且随着退火处理的温度升高，复合结构的理想因子逐渐减小。