一種硅表面濕法沉積金納米顆粒的方法技術

一種硅表面濕法沉積金納米顆粒的方法，涉及一種硅的表面處理。以硅材料作為基底，首先將基底表面進行反復潔凈處理，以去除硅表面的有機物、無機物和SiO2氧化層；隨后將硅材料直接浸于含有組裝分子的無水乙醇溶液中并通氮氣或氬氣氣體保護，進行硅表面分子自組裝修飾；最后將經分子自組裝修飾的硅材料浸入化學鍍金槽內進行濕法還原反應，實現硅表面均勻濕法沉積金納米顆粒。經過協同、緊湊處理，可以在任何形狀硅基底表面上直接得到顆粒細小，分布均勻、細密的金納米粒子；納米粒子的粒徑約為5～25nm；納米粒子與硅基底有較好的結合力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種硅的表面處理，尤其是涉及。
技術介紹
硅是目前廣泛應用于半導體元件和集成電路的重要半導體材料之一。單晶硅由于表面平整度高而廣泛應用于納米科學技術、微機電加工等研究領域。就目前太陽能電池、發光二極管、大功率整流器、大功率晶體管等硅材料的加工而言，通常都是通過蒸發鍍膜和濺射鍍膜如物理氣相沉積、化學氣相沉積、磁控濺射鍍膜和等離子體濺射鍍膜等干法沉積方式，先沉積一晶種層或導電薄膜，再進行化學鍍或電鍍，以形成一層致密金屬膜。蒸發鍍膜(蒸鍍)或濺射鍍膜(濺鍍)時，除了可將欲沉積的金屬沉積于欲鍍物上之外，蒸鍍或濺鍍設備的真空腔體內壁同時附著沉積物，造成靶材浪費，制造成本提高。同時，蒸鍍或濺鍍設備費高、制備的鍍層與基底的結合力較差。此外，在大規模集成電路加工中，帶有高深寬比凹槽的硅芯片金屬化填充工藝，蒸鍍或濺鍍已難以將金屬均勻地沉積于凹槽內部和致密填充。因此，需要在凹槽內濕法沉積鈀晶種層，再進行化學鍍和電鍍。非導電材料如硅、玻璃、陶瓷、樹脂等，通常要進行溶液中濕法浸鈀活化處理后，才進行如金、銀、鎳或銅等的化學沉積。非導電材料和沉積金屬薄膜(特別是納米薄膜或納米顆粒)之間鈀的存在，可能影響沉積金屬材料的性能。表面增強拉曼光譜(SERS)的高表面檢測靈敏度使其成為界面研究的重要工具。 產生SRES增強效應的基底材料通常為Cu、Ag、Au合適的納米結構。目前，關于基底納米結構的制備方法主要有電化學氧化還原粗糙法，合成納米粒子法，有序SERS基底制備方法 (模板法，納米粒子有序組裝法，納米平版印刷術)等。電化學氧化還原粗糙法制備的粗糙基底的表面形貌不均勻、無序，尺度和形狀不易控制，導致SERS信號在不同位置的均勻性差。在合成納米粒子法中，粒子的合成過程中通常要加入保護劑，在用作SERS基底時，保護劑可能嚴重干擾其他分子的檢測，同時納米粒子不同的聚集狀態會導致不同的拉曼增強效果。有序SERS基底的制備方法往往耗時長、成本高。中國專利CN 101748395B公開一種晶片還原式無電化學鍍金屬層方法，該法在將晶片進行浸有機溶劑、等離子表面處理和預浸潤濕處理后，采用無電解電鍍方式，直接在晶片上沉積金屬層。但未說明進行晶片表面SiO2氧化層的去除；制備的為沉積金屬層，而非納米顆粒；晶片表面沒有進行有機物分子組裝。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服干法蒸鍍、濺鍍以及濕法鈀活化之不足，提供成本低廉，制備的金納米顆粒與硅基底有較好的結合力，金納米顆粒不受基底形狀的限制均可均勻制備獲得的。本專利技術包括以下步驟1)將硅表面潔凈處理，并去除表面氧化層；在步驟I)中，所述將硅表面潔凈處理的具體步驟如下(A)將硅材料浸入有機溶劑中超聲處理10 30min，以溶解和去除硅表面的有機物；之后先用無水乙醇浸泡清洗5 15min,再用超純水淋洗2 4min ;所述有機溶劑選自 N, N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲苯等中的至少一種；(B)將硅材料浸入質量含量為40%HF的水溶液中浸泡處理I 5min，以去除硅表面的SiO2層,之后用超純水淋洗2 4min ；(C)將硅材料浸入60 90°C、體積比為2: (2 2) : (2 4)的氨水(質量含量為 25%)、雙氧水(質量含量為30%)和水的混合溶液中，浸泡處理20 40min，以進一步去除表面殘留的有機物，之后用超純水淋洗2 4min ；(D)將硅材料浸入質量含量為10%HF的水溶液中浸泡處理5 15min，以去除硅表面新生的SiO2層；之后用60 90°C的超純水浸泡清洗10 20min ；(E)將娃材料浸入60 90°C、體積比為2: (2 2) : (2 4)的鹽酸(質量含量為 36. 5%)、雙氧水(質量含量為30%)和水的混合溶液中，浸泡處理20 40min，以去除表面殘留的無機物質，并新生一層SiO2 ;之后用60 90°C的超純水浸泡清洗10 20min，再用超純水淋洗2 4min ；(F)將硅材料浸入質量含量為40%HF水溶液和質量含量為50%NH4F水溶液的混合溶液中處理3 5min ；40%HF水溶液和50%NH4F水溶液以體積比I: I 10混合；2)硅表面分子自組裝修飾；在步驟2)中，所述硅表面分子自組裝修飾的具體步驟如下(G)將經步驟(F)處理后的硅材料直接浸于質量濃度為O. 01 200g/L組裝分子的無水乙醇溶液中室溫浸泡60 80min,浸泡過程中,溶液通氮氣(N2)或気氣(Ar)氣體保護；所述組裝有機物分子為巰基乙酸、巰基丙酸、巰基丁酸、巰基丙烷磺酸鈉、巰基苯并咪唑有機分子等中的至少一種；(H)先用無水乙醇淋洗2 4min,后用超純水淋洗2 4min,以充分清洗修飾分子后的娃材料；3)化學還原金。在步驟3)中，所述化學還原金的具體步驟如下(I)將經分子自組裝修飾和清洗后的硅材料浸入化學鍍金槽內進行濕法還原反應 5 15min，實現硅表面均勻沉積金納米顆粒；所述化學鍍金液為含金鹽、檸檬酸和檸檬酸鉀的超純水溶液，其中金鹽可為金氰化鉀、亞硫酸金鈉或三氯化金，金含量為O. 01 O. 4g/ L，檸檬酸含量為6g/L，檸檬酸鉀含量為24g/L，溫度為70 95°C，pH值為4 6. 5。上述加工步驟中，經過步驟I)硅表面反復潔凈處理并去除表面氧化層后，應立即進行步驟2)硅表面分子自組裝修飾，即經步驟(F)處理后應立即進行步驟(G)處理，不能出現時間停頓。上述加工步驟中，所采用的化學試劑為分析純及以上純度；水用超純水；超純水的電阻率為18. 2ΜΩ · cm。配制溶液時,使用的水為超純水。非經特別說明，使用的超純水為室溫超純水。非經步驟I)硅表面反復潔凈處理，并去除表面氧化層、步驟2)硅表面分子自組裝修飾和步驟3)化學還原金協同、緊湊處理，難以實現硅表面還原沉積細密金納米顆粒。通過此方法，可以在任何形狀硅基底表面上直接得到顆粒細小，分布均勻、細密的金納米粒子； 納米粒子的粒徑約為5 25nm，每平方厘米金納米粒子個數約為2. 4 X IO9 ;金納米顆粒與硅基底有較好的結合力。該金納米顆粒層可作為晶種層，以備進一步化學鍍金而獲得均勻、 結合力較好的金同質金屬層。采用本專利技術一種硅表面濕法沉積金納米顆粒方法，有助于進一步提高隨后化學鍍金層的均勻性和結合力；沒有如蒸鍍或濺鍍金底層表面粗糙、結合力差的問題；硅基底單面或雙面皆可同時直接進行還原反應沉積；金納米顆粒層也可作為均勻的SERS基底，應用于界面研究；此外，方法成本低廉。硅表面金納米顆粒結構不僅可作為SERS增強效應的潛在應用材料，而且可以為硅表面金同質金屬納米顆?；虮∧さ闹苽涮峁┮环N方法。提供，即在潔凈的硅表面組裝一有機分子層、采用無電還原方式、進行浸法還原從而沉積金納米顆粒的方法。本專利技術的主要目的在于克服干法蒸鍍、濺鍍以及濕法鈀活化之不足，在潔凈硅表面濕法沉積金納米顆粒。硅表面金納米顆粒結構不僅可作為SERS增強效應的潛在應用材料，而且可以為硅表面金同質金屬納米顆粒或薄膜的制備提供一種方法。本專利技術的優點在于成本低廉；制備的金納米顆粒與硅基底有較好的結合力；金納米顆粒不受基底形狀的限制均可均勻制備獲得。附圖說明圖I為本專利技術實施例I條件下結果的SEM圖。圖2為本專利技術實施例2條件下結果的SEM圖。圖3為本專利技術實施例本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅表面濕法沉積金納米顆粒的方法，其特征在于包括以下步驟：1）將硅表面潔凈處理，并去除表面氧化層；2）硅表面分子自組裝修飾；3）化學還原金。

【技術特征摘要】
1.一種硅表面濕法沉積金納米顆粒的方法，其特征在于包括以下步驟 1)將硅表面潔凈處理，并去除表面氧化層； 2)硅表面分子自組裝修飾； 3)化學還原金。2.如權利要求I所述的一種硅表面濕法沉積金納米顆粒的方法，其特征在于在步驟I)中，所述將硅表面潔凈處理的具體步驟如下 (A)將硅材料浸入有機溶劑中超聲處理10 30min，以溶解和去除硅表面的有機物；之后先用無水乙醇浸泡清洗5 15min,再用超純水淋洗2 4min ;所述有機溶劑選自N, N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲苯中的至少一種； (B)將硅材料浸入質量含量為40%HF的水溶液中浸泡處理I 5min，以去除硅表面的SiO2層,之后用超純水淋洗2 4min ； (C)將硅材料浸入60 90°C、體積比為I:(I 2) : (2 4)的氨水、雙氧水和水的混合溶液中，浸泡處理20 40min,之后用超純水淋洗2 4min ； (D)將硅材料浸入質量含量為10%HF的水溶液中浸泡處理5 15min，之后用60 90°C的超純水浸泡清洗10 20min ； (E)將硅材料浸入60 90°C、體積比為I:(I 2) : (2 4)的鹽酸、雙氧水和水的混合溶液中，浸泡處理20 40min,以去除表面殘留的無機物質,并新生一層SiO2 ;之后用60 90°C的超純水浸泡清洗10 2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊防祖，楊麗坤，吳德印，任斌，田中群，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：