多层硅纳米线阵列的制备转移及SERS、光电应用

【摘要】硅纳米线阵列（siliconnanowires,SiNWs）作为一维半导体纳米材料的典型代表，由于其优异的物理性质和化学性质，在纳米光电子器件，新能源以及生物检测等方面具有巨大的应用价值。但是在已报道的研究中，多数研究组以SiNWs同生长基底作为整体构筑器件。这使得SiNWs器件成本较高，并且不利于构筑柔性轻薄器件。因此发展一种使SiNWs脱离生长基底，并充分利用生长SiNWs单晶硅基底的方法，在SiNWs器件向柔性方向发展、降低应用成本等方面有重要意义。在本论文中，我们提出了一种空气中加热辅助金属化学刻蚀（MCEE）的方法制备分层的SiNWs，利用卷对卷转移技术实现SiNWs的大面积转移，并研究了SiNWs的表面增强拉曼（SERS）和光电性能。具体研究内容如下：(1)发展一种在空气中加热辅助MCEE法制备分层SiNWs，实现SiNWs的转移，并对分层SiNWs的制备机理进行研究。我们在不同晶向、不同掺杂类型及掺杂浓度的单晶硅衬底上制备出具有横向断层的SiNWs，证明该方法具有较高的适用性。通过多次加热和刻蚀过程得到多层的SiNWs，实现单晶硅基底的充分利用，降低制备成本。利用卷对卷转移技术实现SiNWs在柔性衬底上的无损转移，保持SiNWs的阵列性和光吸收性能。通过单晶硅基底的再次利用进一步提高基底使用率。利用空气中加热辅助MCEE法制分层SiNWs的方法和卷对卷法在单晶硅基底上实现分层SiNWs的大面积制备和转移。(2)构筑银纳米颗粒修饰SiNWs的表面增强拉曼基底（SERS），并研究其SERS性能。我们利用化学方法实现银纳米颗粒对SiNWs的修饰，通过化学键合Au纳米颗粒实现银纳米颗粒均匀分布。研究了银纳米颗粒修饰SiNWs柔性拉曼增强基底对罗丹明6G分子的SERS性能。对比柔性的SiNWs拉曼增强基底及硬性衬底在相同测试环境下对目标分子的增强效果，证明银纳米颗粒修饰转移下来的SiNWs在表面增强拉曼（SERS）方面的应用。我们还证明该柔性SERS基底对不同目标分子具有增强效果。实现了柔性SiNWs基底的SERS应用，为其将来在生物方面的应用提供了新的可能。(3)构筑石墨烯/硅纳米阵列异质结柔性器件，并研究其光电性能。利用金属辅助化学刻蚀法制备SiNWs，通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）包裹转移得到柔性的SiNWs膜。基于柔性PDMS支撑的SiNWs构筑了柔性的硅纳米阵列/石墨烯的异质结光电器件，利用p型的石墨烯薄膜与n型的SiNWs形成异质结，替代了传统的扩散p-n结。研究该光电器件对光的响应，柔性性能以及光伏效应等。为将来柔性SiNWs在光电方面的发展提供可能。
【作者】王艳；
【导师】揭建胜；
【作者基本信息】苏州大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】硅纳米线阵列；分层制备转移；拉曼增强；光电探测；

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