一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法

1.本发明属于硅纳米结构制备技术领域，具体涉及一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法。背景技术：2.硅纳米结构在传感器、电子电路以及新能源等领域具有广泛的应用；目前国内外关于硅微纳结构材料的制备方法进行了相关研究，主要有干法刻蚀和湿法刻蚀；其中，干法刻蚀包括反应离子刻蚀法和光刻法等；湿法刻蚀包括氧化物辅助生长法和化学气相沉积法等。3.金属辅助化学腐蚀法也是目前硅微纳结构材料制备的方法之一，其工艺简单，生产成本低，受到越来越多的研究人员关注，已经在世界范围内被广泛接受并运用；但是金属催化化学腐蚀制造的纳米结构的质量和刻蚀速度受到刻蚀温度、硅自身晶向力、贵金属种类、刻蚀液浓度和刻蚀液种类的影响，难以控制具体的刻蚀方向，且刻蚀速率较慢，从而无法制造出高质量的纳米结构；因此，目前急需一种能对硅片刻蚀方向进行精确控制的刻蚀方法，提高硅片刻蚀的精确性。技术实现要素：4.针对上述问题，本发明提出一种基于磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，实现对硅材料刻蚀过程的控制。5.本发明采取的技术方案如下：6.本发明一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，具体如下：7.在待加工硅片表面沉积导磁性膜；将沉积导磁性膜后的硅片固定在反应釜中的夹紧架上，其中，夹紧架与反应釜底部固定；然后，将反应釜置于振动装置上，调节固定在反应釜外部衔铁圈上的三个漆包线绕线组通入的电流频率、相位与幅值，使得三个漆包线绕线组产生的叠加磁场的磁通路穿过反应釜内部且磁力线在硅片表面排布成与预设纳米线结构一致的形状；启动振动装置，并在反应釜中加入腐蚀液，硅片上的导磁性膜在振动作用下向外析出导磁性金属粒子；接着，盖上釜端盖，在磁力的作用下，导磁性金属粒子在腐蚀液中沿叠加磁场的磁力线排布，而且在持续振动作用下，靠近硅片表面的导磁性金属粒子沿磁力线方向运动，并与硅片表面不断发生撞击，团聚在导磁性金属粒子周围的腐蚀液中起腐蚀作用的酸随导磁性金属粒子撞击硅片表面，与硅片反应；与硅片表面发生撞击反弹后的导磁性金属粒子因受到磁力，又重新沿叠加磁场的磁力线排布；导磁性金属粒子往复撞击和重新沿叠加磁场的磁力线排布，经过预设时间后，在硅片表面形成预设微纳米结构。8.优选地，三个漆包线绕线组产生的叠加磁场中，其中两个漆包线绕线组产生的磁场决定叠加磁场的磁力线大致分布，另一个漆包线绕线组产生的磁场用于调整叠加磁场在硅片表面的磁力线指向，并对叠加磁场的磁力线分布产生微调作用。9.优选地，所述的腐蚀液由质量浓度为40％的氢氟酸和质量浓度为30％的双氧水配置而成，氢氟酸和双氧水的体积比为12:1。10.优选地，三个漆包线绕线组与电池组中的三个交流电源一分别连接，所述振动装置与电池组中的交流电源二连接，交流电源一和交流电源二的电压范围均为12-24v。11.更优选地，漆包线绕线组与电池组的交流电源一之间串联有电阻。12.优选地，所述腐蚀液与硅片的反应在15-25℃的环境下进行。13.优选地，在待加工硅片表面沉积导磁性膜的过程如下：在待加工硅片表面先溅射一层银，再溅射一层铁，最后再溅射一层银，最终在在待加工硅片表面形成导磁性膜。14.更优选地，所述的银替换为金或铂。15.本发明具有的有益效果是：16.本发明在硅片表面制备了导磁性膜，通过振动装置振动硅片，使硅片上的导磁性膜析出导磁性金属粒子；通过向三个装配在衔铁圈上的漆包线绕线组通电，产生三个磁场，使得导磁性金属粒子受到洛伦兹力作用沿磁场的磁力线排布，并在持续振动作用下沿硅片表面磁力线指向与硅片表面发生撞击，团聚在导磁性金属粒子周围的腐蚀液中起腐蚀作用的酸随导磁性金属粒子撞击硅片表面，与硅片反应；在振动装置与磁场的结合作用下，导磁性金属粒子不断重复地与硅片表面撞击，并不断回到磁力线位置进行排布，从而逐渐完成硅片表面的微纳米结构制备；本发明通过改变三个漆包线绕线组通入电流的频率、相位和幅值，能获得不同的磁场分布，使得导磁性金属粒子能带动腐蚀液中起腐蚀作用的酸在硅片上刻蚀出不同的预设图案；本发明结构简单，便于操作，能对硅片的刻蚀过程进行精确控制。附图说明17.图1为本发明中反应釜、振动装置、夹紧架和三个漆包线绕线组的装配关系示意图。具体实施方式18.以下结合附图对本发明作进一步说明。19.本发明一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，具体如下：20.如图1所示，在待加工硅片表面沉积导磁性膜；将沉积导磁性膜后的硅片固定在反应釜7中的夹紧架上，其中，夹紧架8与反应釜7底部固定；然后，将反应釜7置于振动装置上，调节固定在反应釜7外部衔铁圈4上的三个漆包线绕线组5通入的电流频率、相位与幅值，使得三个漆包线绕线组5产生的叠加磁场的磁通路穿过反应釜7内部且磁力线在硅片表面排布成预设纳米线结构；启动振动装置6，并在反应釜7中加入腐蚀液，硅片上的导磁性膜在振动作用下向外析出导磁性金属粒子；接着，盖上釜端盖，在磁力的作用下，导磁性金属粒子在腐蚀液中沿叠加磁场的磁力线排布，而且在持续振动作用下，靠近硅片表面的导磁性金属粒子沿磁力线方向运动，并与硅片表面不断发生撞击，团聚在导磁性金属粒子周围的腐蚀液中起腐蚀作用的酸随导磁性金属粒子撞击硅片表面，与硅片反应；与硅片表面发生撞击反弹后的导磁性金属粒子因受到磁力，又重新沿叠加磁场的磁力线排布；导磁性金属粒子往复撞击和重新沿叠加磁场的磁力线排布，经过预设时间后，在硅片表面形成预设微纳米结构。21.作为一个优选实施例，三个漆包线绕线组5产生的叠加磁场中，其中两个漆包线绕线组5产生的磁场决定叠加磁场的磁力线大致分布，另一个漆包线绕线组5产生的磁场用于调整叠加磁场在硅片表面的磁力线指向(能影响导磁性金属粒子的运动方向)，并对叠加磁场的磁力线分布产生微调作用。22.作为一个优选实施例，腐蚀液由质量浓度为40％的氢氟酸和质量浓度为30％的双氧水配置而成，其中氢氟酸和双氧水的体积比为12:1。23.作为一个优选实施例，三个漆包线绕线组5与电池组2中的三个交流电源一分别连接，所述振动装置6与电池组2中的交流电源二连接，交流电源一和交流电源二的电压范围均为12-24v。24.作为一个更优选实施例，漆包线绕线组5与电池组2的交流电源一之间串联有电阻3；电阻3能保护电路，并提高电路的稳定性。25.作为一个优选实施例，所述腐蚀液与硅片的反应在15-25℃的环境下进行。26.作为一个优选实施例，在待加工硅片表面沉积导磁性膜的过程如下：在待加工硅片表面先溅射一层银，再溅射一层铁，最后再溅射一层银，最终在在待加工硅片表面形成导磁性膜。27.作为一个优选实施例，银替换为金或铂。28.电池组2和振动装置6均与控制器1连接，受控制器1控制。技术特征：1.一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：具体如下：在待加工硅片表面沉积导磁性膜；将沉积导磁性膜后的硅片固定在反应釜中的夹紧架上，其中，夹紧架与反应釜底部固定；然后，将反应釜置于振动装置上，调节固定在反应釜外部衔铁圈上的三个漆包线绕线组通入的电流频率、相位与幅值，使得三个漆包线绕线组产生的叠加磁场的磁通路穿过反应釜内部且磁力线在硅片表面排布成与预设纳米线结构一致的形状；启动振动装置，并在反应釜中加入腐蚀液，硅片上的导磁性膜在振动作用下向外析出导磁性金属粒子；接着，盖上釜端盖，在磁力的作用下，导磁性金属粒子在腐蚀液中沿叠加磁场的磁力线排布，而且在持续振动作用下，靠近硅片表面的导磁性金属粒子沿磁力线方向运动，并与硅片表面不断发生撞击，团聚在导磁性金属粒子周围的腐蚀液中起腐蚀作用的酸随导磁性金属粒子撞击硅片表面，与硅片反应；与硅片表面发生撞击反弹后的导磁性金属粒子因受到磁力，又重新沿叠加磁场的磁力线排布；导磁性金属粒子往复撞击和重新沿叠加磁场的磁力线排布，经过预设时间后，在硅片表面形成预设微纳米结构。2.根据权利要求1所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：三个漆包线绕线组产生的叠加磁场中，其中两个漆包线绕线组产生的磁场决定叠加磁场的磁力线大致分布，另一个漆包线绕线组产生的磁场用于调整叠加磁场在硅片表面的磁力线指向，并对叠加磁场的磁力线分布产生微调作用。3.根据权利要求1所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：所述的腐蚀液由质量浓度为40％的氢氟酸和质量浓度为30％的双氧水配置而成，氢氟酸和双氧水的体积比为12:1。4.根据权利要求1所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：三个漆包线绕线组与电池组中的三个交流电源一分别连接，所述振动装置与电池组中的交流电源二连接，交流电源一和交流电源二的电压范围均为12-24v。5.根据权利要求4所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：漆包线绕线组与电池组的交流电源一之间串联有电阻。6.根据权利要求1所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：所述腐蚀液与硅片的反应在15-25℃的环境下进行。7.根据权利要求1所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：在待加工硅片表面沉积导磁性膜的过程如下：在待加工硅片表面先溅射一层银，再溅射一层铁，最后再溅射一层银，最终在在待加工硅片表面形成导磁性膜。8.根据权利要求1所述的一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，其特征在于：所述的银替换为金或铂。技术总结本发明公开了一种磁场与机械振动结合的硅纳米结构制备方法，通过振动硅片，使预先沉积在硅片上的导磁性膜析出导磁性金属粒子，通过向三个漆包线绕线组产生三个磁场，使导磁性金属粒子沿磁场的磁力线排布，并在持续振动作用下沿硅片表面磁力线指向与硅片表面发生撞击，使团聚在导磁性金属粒子周围的腐蚀液中的酸随导磁性金属粒子撞击硅片表面，与硅片反应；在振动与磁场结合作用下，导磁性金属粒子不断重复与硅片表面撞击，并不断回到磁力线位置进行排布，逐渐完成硅片表面的微纳米结构制备。本发明通过改变三个漆包线绕线组通入电流的频率、相位和幅值，能获得不同磁场分布，使导磁性金属粒子能带动腐蚀液中的酸在硅片上刻蚀出不同的预设图案。蚀出不同的预设图案。蚀出不同的预设图案。技术研发人员：巢炎 李彬 黄伟业受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：2021.12.29技术公布日：2022/4/12