自支撐多孔硅薄膜的制備方法
1.本發明涉及一種自支撐多孔硅薄膜的制備方法，具體地涉及在單晶硅基底上通過電化學脈沖腐蝕一層厚度幾微米的納米多孔硅薄膜后，利用大電流脈沖及滴蠟的方法將多孔硅薄膜完整的從基底剝離，獲得自支撐的多孔硅薄膜。
背景技術：
2.多孔硅(porous silicon)是一種納米多孔狀硅材料，二十世紀50年代在美國貝爾實驗室首次制備。90年代英國的leigh canham報道了多孔硅的光致發光現象，引發了對多孔硅研究的熱潮，近年來由于多孔硅比表面積大、孔隙率和孔徑尺寸可調節、表面化學功能化方便、與傳統的硅微加工技術容易兼容等優點，使多孔硅材料在光學和微電子學、生物化學傳感、醫藥衛生和環境監測等領域都有十分廣泛的應用。
3.自支撐多孔硅薄膜(psims)由于從硅基底上剝離，孔成為開放的通道，所以材料具有更好的透過性，因此可以應用于分子、離子或小顆粒的分離、吸附或運輸。psims可以是超薄的，也可以達到1毫米厚；根據孔徑大小，多孔硅可以分為微孔、中孔或大孔；而且薄膜的孔隙率可以在同一膜內變化。由于其化學、光學、熱和結構特性，多年來人們對psims的研究興趣持續增長。良好的生物相容性使psims被應用于生物醫學領域。大表面積和開放式的孔洞結構，允許流動操作，使它們成為傳感應用的理想選擇。它們獨特的熱、電和光學特性也使它們適用于微電子裝置，包括熱絕緣體和微型燃料電池。
4.多孔硅通常采用濕法腐蝕制備。把單晶硅作為陽極置于含有水溶液的腐蝕裝置中，通過化學或者外加一定的腐蝕電流的電化學方法在硅基底上腐蝕一層多孔硅薄膜。自支撐的多孔硅薄膜需要把這層多孔硅薄膜從硅基底剝離，通常采用大電流脈沖，然后用膠帶粘貼輔助剝離。但是這種方法容易使多孔硅薄膜破裂很難剝離出完整的多孔硅薄膜，而且膠帶的去除使多孔硅表面化學性質發生變化，使多孔硅器件的功能產生退化，從而影響多孔硅器件的穩定性和化學、傳感性能。
5.本申請的發明人經過實驗探索，通過電化學工作站電化學腐蝕法制備多孔硅，并通過施加大的脈沖電流后用滴蠟方法，完整的剝離了自支撐的納米多孔硅薄膜，為后續多孔硅自支撐器件的研究提供了材料。
技術實現要素：
6.本發明提供了從硅基底剝離多孔硅薄膜的方法。在新制備多孔硅上施加大的脈沖電流使多孔硅的底部產生一層大孔隙率的犧牲層后，用滴蠟的方法把多孔硅薄膜從硅基底完整剝離。
7.這種自支撐多孔硅薄膜的制備方法獲得的自支撐多孔硅薄膜具有結構完整，操作簡單，成本低廉，薄膜化學性質得以保持的優點。
附圖說明
8.圖1為實施例2所制備的自支撐的納米多孔硅薄膜。
具體實施方式
9.實施例1、電化學工作站制備多孔硅實驗使用單面拋光的p型單晶硅（電阻率為0.01-0.06ω.cm,晶向為＜100＞，厚度為450
±
10μm，）,將硅片切成1.2
×
1.2 cm的矩形小片，電化學陽極氧化制備的多孔硅區域為直徑0.8cm的圓形。
10.實驗所用腐蝕槽為用聚四氟氯乙烯材料自行制備的單腐蝕槽，電解液由無水乙醇和40%的溶液按體積比（v
無水乙醇
∶v
=1∶1）混合而成。單晶硅先分別在丙酮、乙醇、去離子水中進行超聲清洗各10分鐘以出去表面油污。
11.在電化學腐蝕過程中單晶硅做陽極，環狀銅絲做陰極，應用cs系列電化學工作站控制腐蝕條件對清洗過后的單晶硅在單腐蝕槽中進行電化學陽極氧化。電化學工作站的工作電極(we)連接單晶硅、輔助電極（ce）連接作銅電極，將配置的電解液5-10ml倒入腐蝕槽中，設置輸出電流和時間，使腐蝕電流密度為60ma/cm2，腐蝕時間為30s。腐蝕結束后取出硅片分別用去離子水和無水乙醇反復沖洗，然后用吹風機吹干。
12.設置不同的腐蝕電流和腐蝕時間，將得到不同孔徑大小、不同孔隙率和不同厚度的納米多孔硅。若腐蝕電流超過一定值，多孔硅將被拋光。
13.實施例2、多孔硅薄膜層從硅基底剝離為了讓多孔硅從單晶硅基地剝離，需要先將吹干后的多孔硅再次置于腐蝕槽中，更換腐蝕液為無水乙醇和40%溶液按體積比（v
無水乙醇
∶v
=3∶1）的混合液。
14.然后采用cs系列電化學工作站進行脈沖腐蝕，設置腐蝕電流密度為160ma/cm2,腐蝕時間為1.2s。脈沖腐蝕后的多孔硅底部產生一層大孔隙率的犧牲層，但由于邊緣和底部與硅基底相連依然無法從單晶硅基底脫離。
15.為完整剝離多孔硅，申請人探索出一種簡單、無損的剝離方法。此方法稱為滴蠟法即把點燃的普通蠟燭的蠟油滴在脈沖腐蝕后的多孔硅上，幾分鐘后等蠟油冷卻凝固再用普通的小刀將其提升，此時多孔硅膜黏在凝固的蠟油上一起從硅基地完整剝離下來，最后多孔硅層朝下將其放入盛有無水乙醇的器皿中（器皿底部放入石英載玻片），由于蠟油易溶于無水乙醇，待自支撐的多孔硅薄膜從凝固的蠟油上自由脫離時，將凝固的蠟油及時取出，接著用普通的吸水紙將無水乙醇吸干，自支撐的多孔硅薄膜將貼在載玻片上。取出載玻片，空氣中或氮氣環境放置讓剩余的乙醇揮發掉。圖1是通過此方法成功剝離的完整多孔硅膜。
16.通過上述具體的實施例，更容易理解本發明。上述實施例只是舉例性的描述，而不應當被理解為用來限制本發明的范圍。
技術特征：
1.自支撐多孔硅薄膜的制備方法，其特征在于：(1)將普通蠟燃燒后產生的蠟油滴在脈沖腐蝕后的多孔硅上；(2)待蠟油冷卻凝固后，此時多孔硅膜黏在凝固的蠟油上，利用小刀將蠟油從硅基底上剝離；(3)多孔硅層朝下將其放入盛有無水乙醇的器皿中（器皿底部放入石英載玻片），蠟油易溶于無水乙醇，自支撐的多孔硅薄膜將從凝固的蠟油上自由脫離；(4)脫離后將凝固的蠟油及時取出，接著用普通的吸水紙將無水乙醇吸干，自支撐的多孔硅薄膜將貼在載玻片上;(5)取出載玻片，空氣中或氮氣環境放置讓剩余的乙醇揮發掉。
技術總結
本發明涉及一種自支撐多孔硅薄膜的制備方法，具體地涉及在單晶硅基底上通過電化學脈沖腐蝕一層厚度幾微米的納米多孔硅薄膜后，利用大電流脈沖及滴蠟的方法將多孔硅薄膜完整的從基底剝離，獲得自支撐的多孔硅薄膜。本發明提供了從硅基底剝離多孔硅薄膜的方法。即在新制備多孔硅上施加大的脈沖電流使多孔硅的底部產生一層大孔隙率的犧牲層后，用滴蠟的方法把多孔硅薄膜從硅基底完整剝離。這種自支撐多孔硅薄膜的制備方法獲得的自支撐多孔硅薄膜具有結構完整，操作簡單，成本低廉，薄膜的化學性質得以保持的優點。學性質得以保持的優點。
