CN101891145A - 气-液-固相法制备硅纳米线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体材料技术领域,具体涉及一种硅纳米线的气-液-固相制备方法。是采用金属催化的VLS生长技术,利用金属催化剂诱导制备硅纳米线,主要工艺步骤是:首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属(Au,Fe,Ni,Ga或Al等),然后进行升温加热,利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴,该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关.此后,通过含Si的源气体(SiH4,Si2H6,或SiCI4等)的气相输运或固体靶的热蒸发,使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核。当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后,结晶便会在合金液滴的下部析出并最终生长成Si纳米线,而合金则留在其顶部。也就是说,线状的结晶是从衬底表面延伸,并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线的。
Description
技术领域:本发明属于半导体材料技术领域,具体涉及一种硅纳米线的气-液-固相制备方法。
背景技术:纳米科学与技术是一门融合了诸多学科的新兴现代高新技术,而纳米材料的制备与器件应用的研究是一个重要的发展方向.近年,由于一维纳米结构(如纳米管、纳米杆、纳米线和纳米带)的特殊性质和潜在应用,引起了人们的浓厚研究兴趣.硅纳米线作为一种新型的纳米半导体材料,随着直径尺寸的减小会呈现出表面效应、量子限制效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应及库仑阻塞效应等新颖物理特性,由此使得它们在磁、热、光、电和催化反应等方面具有显著不同于其它材料的物理性质,因而在光致发光、超大规模集成电路、单电子检测、光探测器件、纳米传感器等方面具有十分重要的应用。
作为硅纳米线的制备方法,大体上可分为物理法、化学法和综合法.物理法主要包括LAD法、蒸发冷凝法和电弧放电法;化学法主要包括CVD法、溶液反应法、电化学法和聚合法等;综合法主要包括蒸发悬浮液法和固-液相电弧放电法;而按生长机理划分主要有VLS,SLS,VSS和OAG机制等其制备方法。
发明内容:本发明的目的是提出一种新的硅纳米线的气-液-固相制备方法。
本发明硅纳米线的制备方法是采用金属催化的VLS生长技术.利用金属催化剂诱导制备硅纳米线的,主要工艺步骤是:首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属(Au,Fe,Ni,Ga或Al等),然后进行升温加热,利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴,该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关.此后,通过含Si的源气体(SiH4,Si2H6,或SiCI4等)的气相输运或固体靶的热蒸发,使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核.当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后,结晶便会在合金液滴的下部析出并最终生长成Si纳米线,而合金则留在其顶部.也就是说,线状的结晶是从衬底表面延伸,并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线的。
附图说明:附图1为发明实施例方法制备的硅纳米线的相图。
具体实施方式:下面结合实施例对本发明加以详细描述。
实施例:首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属(Au,Fe,Ni,Ga或Al等),然后进行升温加热,利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴,该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关.此后,通过含Si的源气体(SiH4,Si2H6,或SiCI4等)的气相输运或固体靶的热蒸发,使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核.当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后,结晶便会在合金液滴的下部析出并最终生长成Si纳米线,而合金则留在其顶部.也就是说,线状的结晶是从衬底表面延伸,并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线。
本发明方法制备的硅纳米线可广泛应用在场效应晶体管、场发射器件、太阳电池、传感器以及集成电子器件等方面。
Claims (1)
1.一种硅纳米线的气-液-固相制备方法,其特征是采用金属催化的VLS生长技术.利用金属催化剂诱导制备硅纳米线的,主要工艺步骤是:首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属(Au,Fe,Ni,Ga或Al等),然后进行升温加热,利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴,该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关.此后,通过含Si的源气体(SiH4,Si2H6,或SiCI4等)的气相输运或固体靶的热蒸发,使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核.当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后,结晶便会在合金液滴的下部析出并最终生长成Si纳米线,而合金则留在其顶部.也就是说,线状的结晶是从衬底表面延伸,并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线的。
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