一維硅納米材料的制備和表征.pdf

1、近年來(lái)，準(zhǔn)一維納米材料由于其優(yōu)良的電學(xué)和光學(xué)性能以及在介觀和納米器件研究領(lǐng)域的巨大應(yīng)用價(jià)值，引起了越來(lái)越多的研究和關(guān)注。由于硅材料在半導(dǎo)體工業(yè)和微電子制造技術(shù)領(lǐng)域的重要地位以及其成熟的加工工藝，硅的一維納米結(jié)構(gòu)被認(rèn)為有望成為未來(lái)微電子和光電子器件的基礎(chǔ)。迄今為止，已經(jīng)有多種基于硅納米線的原型納米器件被制備出來(lái)。這一事實(shí)說(shuō)明，硅的一維納米結(jié)構(gòu)可能會(huì)為將來(lái)“自下而上”的納電子制造工業(yè)提供理想的器件基本單元。 本文通過(guò)化學(xué)氣相沉積(C

2、VD)法，利用氧化鋁模板制備出了陣列化的硅納米線；在硅襯底上制備出了取向生長(zhǎng)的硅微米棒、硅納米線以及少量的硅納米鏈球結(jié)構(gòu)；采用熱蒸發(fā)法在真空下得到了硅的納米枝狀結(jié)構(gòu)，在多種金屬催化劑覆蓋的硅襯底上得到了大量的硅納米線結(jié)構(gòu)；在鍍金硅襯底上得到了硅納米鏈球結(jié)構(gòu)和分支狀的硅納米線結(jié)構(gòu)；此外硅的納米螺旋結(jié)構(gòu)也用這種方法制備出來(lái)。對(duì)上述制備的樣品利用透射電鏡(TEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜儀(EDX)、X射

3、線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman)等測(cè)試手段進(jìn)行相應(yīng)的分析和表征。并進(jìn)一步對(duì)于產(chǎn)物的形成機(jī)理進(jìn)行了討論和闡述。論文中主要的研究結(jié)果總結(jié)如下： 采用化學(xué)氣相沉積法，利用硅烷作為前驅(qū)體，在鍍金的硅襯底上制備出了取向生長(zhǎng)的硅微米棒；通過(guò)控制H2在載氣中的比例在鍍金的硅襯底上得到了直徑可控的大量單晶硅納米線。通過(guò)二次陽(yáng)極氧化法制備出具有有序排列納米孔的NCA氧化鋁模板，之后通過(guò)在雙面通孔的其中一端用磁控濺射方法鍍金，再由CVD方法

4、硅烷分解沉積而得到高度陣列化排列的納米硅線結(jié)構(gòu)。研究了改變H2比例影響硅納米線直徑的生長(zhǎng)機(jī)理，并提出了相應(yīng)的物理模型。當(dāng)載氣中的H2含量較小時(shí)，液滴和硅襯底的接觸角較小，最終導(dǎo)致直徑較粗的納米線的形成；而加大H2含量增加了液滴的表面張力，使得接觸角也變大，導(dǎo)致最終生長(zhǎng)出來(lái)的硅納米線直徑較小。 采用熱蒸發(fā)法，利用SiO粉末作為前驅(qū)體，在低壓無(wú)載氣的條件下制備出了硅的枝狀納米結(jié)構(gòu)；將熱蒸發(fā)法和金屬催化劑相結(jié)合，分別在鍍有不同金屬催化

5、劑的硅襯底上制備出了大量直徑均勻的單晶硅納米線，進(jìn)一步研究表明傳統(tǒng)的VLS生長(zhǎng)和OAG生長(zhǎng)機(jī)理共存于生長(zhǎng)過(guò)程中。 采用熱蒸發(fā)法和Au催化劑相結(jié)合的方法，制備出了硅的納米鏈球和分支狀的硅納米線結(jié)構(gòu)。FESEM研究表明直徑周期性變化的納米鏈球結(jié)構(gòu)和柱狀的硅納米線結(jié)構(gòu)連接起來(lái)組成了硅的納米同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還觀測(cè)到了同質(zhì)結(jié)過(guò)渡區(qū)域的FESEM形貌。TEM照片表明硅納米鏈球結(jié)構(gòu)是具有連續(xù)的單晶硅核心和氧化硅層的核殼結(jié)構(gòu)。以上特征表明我們制