近日，南京信息工程大学集成电路学院包晓清副教授团队与南智先进光电集成技术研究院、武汉理工大学、西弗吉尼亚大学等单位合作，在半导体材料与微纳加工领域取得重要研究进展，相关成果以《Room-temperature formation of slant nanobelts and vertical wires on low-doped p-type (100) silicon via metal-assisted chemical etching》为题发表于国际知名学术期刊Chinese Physics B，包晓清副教授与硕士研究生张姝同学为共同第一作者。该研究首次系统揭示了在室温条件下通过金属辅助化学刻蚀（MACE）制备倾斜硅纳米线的形成机制，并实现了对其倾斜角度的大范围可控调节，为硅基微纳结构在光电、能源等领域的应用提供了新思路。
硅纳米线因其独特的光电性能和结构可调性，在太阳能电池、热电转换、光子器件及传感器等领域具有广阔应用前景。传统的自下而上生长方法如气-液-固（VLS）法虽可制备高质量纳米线，但难以可控地实现倾斜或复杂三维结构，且成本高昂。相比之下，金属辅助化学刻蚀作为一种自上而下的制备方法，具有成本低、操作简便、易于实现复杂结构等优势，但其刻蚀机理，尤其是非垂直方向刻蚀的形成机制，尚不明确。
本研究针对低掺杂p型（100）硅片，系统探究了氢氟酸（HF）与双氧水（H₂O₂）体积比对MACE过程中纳米线形貌的调控规律。研究团队发现，通过调节HF酸与H₂O₂溶液的体积比，可在室温下实现从垂直纳米线到高角度倾斜纳米线的连续可控制备，倾斜角度范围广泛且无明显晶体学择优取向。实验表明，倾斜纳米线的形成与刻蚀过程中金网格的倾斜运动直接相关，而该运动很可能由氢气气泡诱导的流体动力效应所驱动。
进一步地，研究团队提出了基于“直接溶解”与“间接溶解”两种相互竞争的刻蚀机制的理论模型，成功解释了不同刻蚀区域中氧气含量、气泡行为以及刻蚀速率的差异。该模型为理解MACE过程的复杂电化学行为提供了清晰的理论框架。
该工作不仅首次报道了室温MACE制备倾斜硅纳米线的新现象，还深入揭示了其背后的多物理场耦合机制，展示了通过简单的化学参数调控实现纳米线倾斜角度大范围可控的潜力。所制备的有序倾斜纳米线阵列在光捕获、能源转换、柔性电子等领域具有重要的应用价值。
此项研究得到了南京信息工程大学人才启动经费、国家重点研发计划（2023YFF0713303）及江苏省前沿技术研发计划（BF2024030）等项目的支持。
论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/ae1119
