近年来,金属催化硅腐蚀技术受到了人们越来越多的关注,成为“自上而下"制备硅微纳米结构的一种重要方法[1-14]。本文通过金属催化硅腐蚀技术制备了不同种类的硅微纳米结硅微纳米结构的可控制备　　硅材料作为一种重要的半导体材料,其微纳米结构的制备受到了人们越来越多的关注。本论文主要采用金属催化腐蚀这种自上而下的方法来制备硅纳米结构,通过银颗粒的催化作用,采用一步腐蚀方法或两步腐蚀方法制备了硅纳米线阵列。并将金属催化腐蚀技术与半导体光刻技术相结合,可控制备了硅纳米洞阵列,硅微米洞阵列以及硅微米线阵列等不同的硅微纳米结构。　　1.硅纳米结构光电化学太阳能电池　　随着能源危机和环境污染的加剧,发展一种低成本的,高效率的太阳能电池也就成了一个新的挑战。而光电化学太阳能电池的一个重要的特点就是可以利用低质量的半导体材料产生较高的光生电压,这也为制备低成本电池提供了可能性。而低维半导体纳米结构,特别是一维半导体纳米线,可以促进光的吸收同时轴向收集光生载流子,从而可以得到更高的效率。因此,一维半导体纳米线的光电化学电池在制备高效率低成本的太阳能电池上有着天然的优势。通过金属催化腐蚀方式制备的硅纳米线在很宽的太阳光谱内(300-1000nm)具有优异的光吸收性能以及电输运性能,这也为硅纳米线制备低成本、高效率的太阳能电池提供了可能性。　　为此我们首先制备了硅微纳米结构光电化学太阳能电池,并进行了系统研究,发现用铂颗粒修饰或用碳膜钝化以提高光电化学太阳能电池的性能及稳定性。铂颗粒的存在一方面可以促进光电化学反应的进行,同时铂纳米颗粒也可以起到等离子体增强光吸收作用。硅材料在溶液中光腐蚀是造成硅材料光电化学太阳能电池效率降低的一个重要因素,为此我们选用了碳膜对硅纳米线进行钝化和保护,并取得了很好的效果。通过以上研究,我们制备的光电化学太阳能电池电池开压达到了530mV,短路电流达到36.89mA/cm2,填充因子为0.55,所得到的效率也超过了10％。　　同时,结合金属催化硅腐蚀技术和半导体光刻技术,我们制备了具有规定图形的硅微纳米结构,如硅微米线阵列,硅微米洞阵列,并将其应用在光电化学太阳能电池。　　2.硅纳米洞径向pn结太阳能电池　　计算表明硅纳米洞阵列比硅纳米线具有更好的光吸收性能,同时硅纳米洞径向pn结与硅纳米线径向pn结太阳能电池相比,同样具有较大的pn结面积以及优异的载流子分离能力。为此我们制备了硅纳米洞径向pn结电池,电池效率达到了9.5％,同时径向pn结可以使用较低品质的硅片,而且相比硅纳米线电池,硅纳米洞具有更高的结构稳定性。这些都为制备低成本、高效率的太阳能电池提供了一种可能。　　3.硅纳米线-三氧化二铁核壳结构光分解水电极　　与TiO2等宽禁带光催化剂相比,α-Fe2O3具有较窄的禁带宽度(～1.9-2.3eV),可以吸收太阳光谱中的大部分可见光,是一种非常有应用前景的光催化分解水产氧催化剂。但是α-Fe2O3固有的电子迁移率低、光生载流子扩散距离短、光吸收系数小等缺陷仍然是实现α-Fe2O3光催化分解水技术突破的瓶颈。我们利用硅纳米线阵列优异的光吸收性能和电输运能力,制备了硅纳米线/三氧化二铁核壳结构并应用于光分解水。这种核壳结构电极经过金颗粒的修饰后呈现出极强的光分解水能力,可以在太阳光下无需外加电压直接分解水。同时,这种结构也是锂离子电池、气体传感器、水污染处理的理想材料。　　4.硅纳米线气体传感器　　二氧化氮是一种对人体呼吸道气体具有极大危害的气体,同时也是形成光化学烟雾,酸雨,温室效应的主要顽凶,我国也在十二五计划中将二氧化氮气体列为需检测的污染气体。但是常温下的二氧化氮实时检测仍然比较困难。而硅纳米线具备较大的比表面积,同时可以在制备过程中控制表面的粗糙度使得表面易于气体吸附。为此我们制备了硅纳米线阵列的氮氧化合物气体传感器,这种气体传感器可以在室温下进行检测,响应回复时间较好,对氮氧化合物的响应灵敏度高,最低检测浓度可以达到500ppb。　　5.其他研究内容　　在本论文中,我们还研究了利用PS小球制备规整阵列模版,大面积的密堆积阵列PS小球阵列模版通过排水法得到了制备;通过电镀方法制备金属催化腐蚀催化剂,制备了硅纳米洞以及硅纳米线等形貌;通过分步腐蚀法制备了多层硅纳米线结构,并通过PDMS将硅纳米线进行了剥离与转移。