CN101555016A - 硅化镍纳米线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅化镍纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一硅基片，并在该硅基片表面形成一二氧化硅层；在上述硅基片的二氧化硅层表面沉积一钛层；提供一生长装置，且该生长装置具有一反应室，并将上述沉积有钛层的硅基片置入反应室内，并加热至500～1000℃；溅射产生镍团簇，并使该镍团簇沉积到硅基片表面，生长硅化镍纳米线。
Description
技术领域
本发明涉及一维纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种硅化镍纳米线的制备方法。
背景技术
半导体工业的发展方向是更小、更快、更低能耗。然而，从微米电子时代进入纳米电子时代之后，传统的半导体制造技术--光刻工艺(“自上而下”的技术)显得越来越难以满足现在和未来的要求。由此，“自下而上”的技术，或称为自组装技术被认为是未来发展的趋势。目前，人们已经利用这种自组装技术合成了各种纳米结构，包括纳米线、纳米管，其潜在的应用领域包括纳米电子、纳米光学、纳米感测器等。
金属硅化物具有较低的电阻率，较高的热稳定性，可以在硅基底上自对准生长，并且不易扩散于硅，有希望被用作互连材料(请参见，Single-crystalmetallic nanowires and metal/semiconductor nanowires heterostructures，Nature，Vol430，P61-65(2004))。硅化镍纳米线具有较低的硅化温度，且反应过程中耗硅量少，所以成为目前研究的热点
现有技术提供一种硅化镍纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一沉积有催化剂的硅片作为生长基底；将该生长基底置入管式炉中；向该管式炉中通入硅源气体，同时加热该管式炉至500～1000℃以生长硅纳米线；然后向该硅纳米线表面沉积一金属镍；加热该沉积有金属镍层的硅纳米线至550℃进行固相反应，得到一硅化镍纳米线。
然而，采用上述方法制备硅化镍纳米线，由于需要先制备硅纳米线，再向该硅纳米线表面沉积一金属镍，然后，通过固相反应才能得到硅化镍纳米线，所以工艺复杂，制备成本高。而且，采用上述方法制备硅化镍纳米线，需要用硅源气体作为反应气体，会造成环境污染。另外，采用上述方法制备硅化镍纳米线，无法控制硅化镍纳米线的直径大小。
有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单，制备成本底，不会造成环境污染，且可以控制硅化镍纳米线的直径大小的制备方法。
发明内容
一种硅化镍纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一硅基片，并在该硅基片表面形成一二氧化硅层；在上述硅基片的二氧化硅层表面沉积一钛层；提供一生长装置，且该生长装置具有一反应室，并将上述沉积有钛层的硅基片置入反应室内，并加热至500～1000℃；溅射产生镍团簇，并使该镍团簇沉积到硅基片表面，生长硅化镍纳米线。
相对于现有技术，本发明提供的制备硅化镍纳米线的方法中，直接将镍团簇沉积于硅基片上生长硅化镍纳米线，工艺简单，成本低廉。而且，采用上述方法制备硅化镍纳米线，无需用到硅源气体，不会造成环境污染。另外，通过控制二氧化硅层与钛层的厚度以及沉积的镍团簇的质量数可以控制硅化镍纳米线的直径。
附图说明
图1为本技术方案实施例的硅化镍纳米线的制备方法流程图。
图2为本技术方案实施例制备硅化镍纳米线的硅基片示意图。
图3为本技术方案实施例制备硅化镍纳米线的装置的结构示意图。
图4及图5为本技术方案实施例制备的硅化镍纳米线的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。
请参阅图1至图3，本技术方案实施例提供一种硅化镍纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：
步骤一，提供一硅基片312，并在该硅基片312表面形成一二氧化硅层320。
首先对硅基片312进行超声波清洗5～10分钟，然后，将干净的硅基片312置入含氧的气氛中放置一段时间，使其表面形成一层二氧化硅层320。为了加快氧化速度，还可以对上述硅基片312进行加热。其中，所述硅基片312大小与形状不限，可以根据实际情况选择。所述二氧化硅层320的厚度为10纳米～1微米。本实施例中，二氧化硅层320的厚度优选为500纳米。
步骤二，在上述硅基片312的二氧化硅层320表面沉积一钛层322。
在上述硅基片312的二氧化硅层表面沉积钛层的方法不限，可以为溅射法、热沉积法等。所述钛层322的厚度为1～500纳米。本实施例中，钛层322的厚度优选为50纳米。
步骤三，提供一生长装置30，且该生长装置30具有一反应室304，并将上述沉积有钛层322的硅基片312置入反应室304内，并加热至生长温度。
所述生长装置30包括一溅射室302以及一反应室304，且该溅射室302与反应室304通过一四极质谱仪306相连通。所述生长装置30还进一步包括向溅射室302进行溅射粒子的溅射装置(图中未显示)和对反应室304进行加热的加热装置以及抽气装置(图中未显示)。
将上述沉积有钛层322的硅基片312置入反应室304后，进行抽真空，使反应室304的压强低于1×10-3Pa。然后，以10℃/分钟的速度加热反应室304至生长温度，并保持2～10分钟。其中，所述生长温度为500～1000℃。
当加热反应室304至生长温度后，硅基片312表面的二氧化硅层320与钛层322发生反应，在硅基片312表面形成多个二硅化钛(TiSi2)岛状结构314。在没有形成二硅化钛岛状结构314的地方，硅基片312曝露于外界。所述二硅化钛岛状结构314的大小与二氧化硅层320和钛层322的厚度有关。而该二硅化钛岛状结构314的大小会影响生长的硅化镍纳米线316的直径。可以理解，二硅化钛岛状结构314越大，制备的硅化镍纳米线316直径就越大。反之，制备的硅化镍纳米线316直径就越小。本实施例中，二氧化硅层320的厚度优选为500纳米，钛层322的厚度优选为50纳米，形成的二硅化钛岛状结构314的粒径为500纳米～1微米。
步骤四，溅射产生镍团簇310，并使该镍团簇310沉积到硅基片312表面，生长硅化镍纳米线316。
当硅基片312表面形成多个二硅化钛岛状结构314后，开始向硅基片312表面溅射沉积镍团簇310，具体包括以下步骤：
首先，溅射产生镍团簇310。
当由磁控溅射靶溅射产生镍颗粒308后，该镍颗粒308在溅射室302中自由运动，相互碰撞，聚集形成镍团簇310。其中，磁控溅射法制备镍颗粒308的工作气体为氩气，溅射室302的工作压强为1×10-1Pa～9×10-1Pa。
其次，对溅射产生镍团簇310进行筛选。
由于反应室304的气压低于溅射室302气压，形成的镍团簇310通过四极质谱仪306向气压更低的反应室304方向扩散。通过四极质谱仪306可以选择不同质量数的镍团簇310，使选定的镍团簇310沉积在硅基片312表面。
最后，使筛选后的镍团簇310沉积到硅基片312上。
选定的镍团簇310通过四极质谱仪306后继续过散，当运动的镍团簇310与硅基片312接触后，沉积在硅基片312上。同时维持反应室304为生长温度，使沉积的镍团簇310与硅基片312反应生长硅化镍纳米线316。
由于在没有形成二硅化钛岛状结构314的地方，硅基片312曝露于外界，所以该硅基片312中的硅元素可以与沉积在该硅基片312上的镍团簇310接触并发生反应生长硅化镍纳米线316。其中，硅化镍纳米线316可以沿着二硅化钛岛状结构314的边缘垂直生长(请参见图4)，也可以沿着二硅化钛岛状结构314的边缘水平生长(请参见图5)。
可以理解，所述镍团簇310的质量数的选择与形成的二硅化钛岛状结构314的大小有关。当形成的二硅化钛岛状结构314较大时，应当选择质量数较大的镍团簇310。反之，应当选择质量数较小的镍团簇310。且，二硅化钛岛状结构314的大小与二氧化硅层320和钛层322的厚度有关，因此通过选择不同厚度二氧化硅层320与钛层322，以及不同质量数的镍团簇310可以制备不同直径的硅化镍纳米线316。可以理解，采用厚度较大的二氧化硅层320与钛层322，则制备的硅化镍纳米线316的直径较大。反之，则制备的硅化镍纳米线316的直径较小。可以理解，制备硅化镍纳米线316的长度不限，生长时间越长，则制备的硅化镍纳米线316的长度越长。本实施例中，二氧化硅层320的厚度优选为500纳米，钛层322的厚度优选为50纳米，镍团簇310的质量数优选为7000～9000。本实施例制备的硅化镍纳米线316的长度为100纳米～2微米，直径为10～500纳米。
本实施例提供的制备硅化镍纳米线316的方法中，直接将镍团簇310沉积于硅基片312上生长硅化镍纳米线316，工艺简单，成本低廉。而且，采用上述方法制备硅化镍纳米线316，无需用到硅源气体，不会造成环境污染。另外，通过选择不同厚度二氧化硅层320与钛层322，以及不同质量数的镍团簇310可以控制硅化镍纳米线316的直径大小。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种硅化镍纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：
提供一硅基片，并在该硅基片表面形成一二氧化硅层；
在上述硅基片的二氧化硅层表面沉积一钛层；
提供一生长装置，且该生长装置具有一反应室，并将上述沉积有钛层的硅基片置入反应室内，并加热至500～1000℃；
溅射产生镍团簇，并使该镍团簇沉积到硅基片表面，生长硅化镍纳米线。
2.如权利要求1所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度为10纳米～1微米。
3.如权利要求1所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述钛层的厚度为1～500纳米。
4.如权利要求1所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述反应室的压强低于1×10-3Pa。
5.如权利要求1所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述沉积有钛层的硅基片在500～1000℃反应2～10分钟，从而在硅基片表面形成多个二硅化钛岛状结构。
6.如权利要求5所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述硅化镍纳米线沿着二硅化钛岛状结构的边缘垂直生长。
7.如权利要求5所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述硅化镍纳米线沿着二硅化钛岛状结构的边缘水平生长。
8.如权利要求1所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，所述使该镍团簇沉积到硅基片表面的步骤前进一步包括一对溅射产生镍团簇进行筛选的步骤。
9.如权利要求8所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，通过四极质谱仪对镍团簇进行筛选。
10.如权利要求1所述的硅化镍纳米线的制备方法，其特征在于，该方法制备的硅化镍纳米线的长度为100纳米～2微米，直径为10～500纳米。
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