近年来,纳米结构材料特别是半导体纳米结构材料的制备及其在传感方面的应用已经成为众多物理、化学、材料、电子等学科领域研究学者关注的焦点。纳米结构材料极其传感器件将会引发新的技术革命,成长为二十一世纪信息技术的主要增长点。由于一维纳米材料在物理、化学、机械、电性、磁性、光学、量子等方面的优良特性,使得它们有机会作为纳米微机电元件的基本组成。本论文从一维新型半导体纳米材料——硅纳米线入手,首先提出了通过珈伐尼置换法在HF溶液中制备硅纳米线的形成机制,并且研究了硅纳米线的制备以及形成条件的影响,通过参数优化得到了最佳的纳米线形成条件;研究了硅纳米线图形化制备技术及其影响因素,结合微电子光刻技术实现了纳米线的图形化,确定最佳的图形化的纳米线的形成条件;开展了纳米线在电化学传感器方面的研究工作,制备了基于普鲁士蓝/硅纳米线的过氧化氢复合电极,研究了其电化学敏感特性。其中在纳米线的图形化,以及在电化学传感器等领域取得一些创新性的研究成果。本论文主要研究内容包括:1.探索硅纳米线的形成机制:对H-终止的硅表面在含有贵金属离子的HF基溶液中的行为进行了分析,依据Galvanic Displacement反应,结合硅的电化学刻蚀原理,分析了硅表面纳米线的形成过程,提出了采用珈伐尼置换法(浸镀法)制备硅纳米线的新的生长机理。2.硅纳米线的制备:通过对金属催化化学腐蚀制备硅纳米线的方法的改进,我们首先提出采用珈伐尼置换法,在常态条件下制备出排列整齐规则的直立的硅纳米线,并对所制备的硅纳米线表面形貌进行了表征。在分析了可能影响制备的硅纳米线形貌的因素的基础上,详细研究了反应刻蚀剂的浓度以及反应时间等因素对纳米线形成的影响,得到了优化的实验条件。为纳米线的应用打好基础,也为制作基于硅纳米线的电化学生物传感器提供了电极材料。在一定程度上验证了我们所提出的纳米线生长机理的合理性。3.图形化硅纳米线的制备为了能够把硅纳米线应用在传感器件的制作,以及器件的集成方面,需要解决纳米线在指定区域选择性生长,即纳米线的图形化问题。本文中首次提出利用微电子标准加工工艺,采用光刻技术,利用氮化硅作为掩模,预先形成纳米线形成区域,结合珈伐尼置换法,得到图形化的硅纳米线阵列。并通过刻蚀系统中的动力学机制,解释图形化纳米线以及与未经图形化纳米线的差异的形成机制。图形化的硅纳米线的成功制备也为制作基于硅纳米线的电化学生物传感器提供了电极材料。4.电化学传感器的初步应用利用上述制备的图形化的硅纳米线作为敏感单元,开展对过氧化氢电化学生物传感器的初步研究工作。采用硅纳米线作为基底,利用顺序化学沉积法进行普鲁士蓝修饰,制备了电化学电极。通过C-V曲线,分析该电极在过氧化氢溶液中的电化学行为,制备了过氧化氢传感器,为硅纳米线材料在检测以产生过氧化氢的其它电化学生物传感器的应用奠定了实验基础。经表面修饰的硅纳米线可以在对过氧化氢进行实时检测方面具有潜在的价值。综上所述,在常态下,采用珈伐尼置换法(浸镀法)能够形成大规模直立的硅纳米线。电化学测试的结果证明,硅纳米线是一种潜在的敏感材料,在生化传感器方面有重要的应用前景。