由于具有优越的光学、电学等性能,硅纳米线已成为纳米材料研究领域中的热点。已在光电器件,太阳能电池,锂离子电池,也包括生物和化学传感器等领域中得到应用。为了提升硅纳米线器件的性能,或者拓展硅纳米线的应用领域,硅纳米线还往往与其它材料进行复合。由于银纳米颗粒具有低成本,易制备,导电性好,等离子散射效应等优点,因此硅纳米线与银纳米颗粒的复合已得到广泛的研究和应用,如锂离子电池,等离子太阳能电池,光电化学电池等领域。无电化学沉积、热蒸发法、电子束蒸发法、溶胶-凝胶法是常用的制备银纳米颗粒/硅纳米线阵列复合结构的方法。但这些方法并不完善,存在银纳米颗粒分布不均匀,密度低,或制备流程较复杂等问题。本文提出一种全新的简便的制备银纳米颗粒/硅纳米线阵列复合结构的方法。只需将以银颗粒作为催化剂经金属辅助化学刻蚀法制备的硅纳米线阵列在空气气氛中进行退火,便可得到银纳米颗粒/硅纳米线阵列的复合结构。本方法是一种全新的制备银/硅复合结构的方式,因此着重研究了该复合结构的形成机理及其光学和分子探测的性能,取得了以下创新性的研究成果：(1)使用空气气氛退火法实现了银纳米颗粒在硅纳米线表面的外延生长。银在硅纳米线表面的成核通过AgmO分解或AgmO与Si的反应来实现,具体哪个过程取决于退火温度。伴随着银纳米颗粒的形成,在银纳米颗粒外层同时形成了一层很薄的SiO2层,随着退火温度的提升,层的厚度也会增加。研究发现在500到600℃的温度窗口内可以很容易的实现高密度(～3700 μm-2)的均匀银纳米颗粒在硅线表面的外延生长。这种空气气氛外延生长法为理想的金属接触、肖特基势垒的设计,和研究银/硅体系的电学、磁学、光学特性提供了便利。(2)硅纳米线表面粗糙度会影响银的外延成核及生长。随着刻蚀温度的上升,硅纳米线表面会越来越粗糙,最终导致银纳米颗粒密度的下降。外延生长的银纳米颗粒密度会从3750 μ m-2(初始硅线刻蚀温度为20℃)下降到231 μm-2(初始硅线刻蚀温度为50℃)。更加深入地探讨了空气气氛退火法在硅线表面外延生长银纳米颗粒的过程及机理。(3)研究不同尺寸的银催化剂颗粒催化刻蚀的硅线上银纳米颗粒外延生长现象及机理。通常刻蚀得到的短硅纳米线分成两段,上半段比较粗糙,而下半段相对平整。在上半段外延生长的银纳米颗粒比较稀疏,而在下半段比较密集。两者之间有一条明显的界线,并且这条界线随着银催化剂颗粒平均尺寸的增大而下降。在此基础上提出了刻蚀初期的硅线形成机理。另外,通过控制实验条件在硅片上也可以实现高密度(1000 μm-2)分布均匀的银纳米颗粒的直接生长。(4)将外延生长银纳米颗粒的硅线阵列作为三维表面增强拉曼散射(3D-SERS)衬底。伴随着银纳米颗粒的形成,在银纳米颗粒外层同时形成了一层很薄的SiO2层。这层SiO2可以防止银纳米颗粒聚集,从而在存储过程中有效地提高了SERS衬底的热稳定性并延长了它们的保存期限。在分析SERS性能之前,这层Si02层可以轻易快速地被移除,并不影响SERS性能。另外,由于它们具有高的均匀性和可重复性,可提高SERS衬底的使用率,更有利于它们的应用。(5)外延生长银纳米颗粒的硅线阵列在宽频光谱范围内(300-2500 nm)可以实现优良的反射抑制。特别在620-1950 nm光谱范围内,这种结构的反射系数能保持在0.3%以下。另外还表明该复合结构中的SiO2层对光反射抑制起着决定性的作用。经过以上一系列系统的研究,我们对银在硅纳米线表面的外延生长机理、及该复合结构的光学和分子探测性能都有了深入地理解。今后,我们可以进一步研究该复合结构在其他领域的应用。