CN102040191B - 纳米线异质外延生长方法 - Google Patents
纳米线异质外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102040191B CN102040191B CN 200910209480 CN200910209480A CN102040191B CN 102040191 B CN102040191 B CN 102040191B CN 200910209480 CN200910209480 CN 200910209480 CN 200910209480 A CN200910209480 A CN 200910209480A CN 102040191 B CN102040191 B CN 102040191B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano wire
- nano
- heteroepitaxial growth
- growth method
- cushion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种纳米线异质外延生长方法,其中纳米线材料与衬底材料间存在晶格失配,包括如下步骤:a、在衬底上生长缓冲层,该缓冲层材料与纳米线材料的晶格失配度小于10%;b、在上述缓冲层上沉淀金属纳米颗粒或金属薄膜,退火,使金属纳米颗粒或金属薄膜与缓冲层材料形成合金纳米颗粒;c、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行纳米线的外延生长。基于本发明方法所制备的纳米线不受临界直径的限制,并且具有生长方向一致、可控、以及高晶体质量的特点。
Description
技术领域:
本发明涉及一种纳米线的异质外延生长方法,特别是涉及纳米线材料与衬底材料间存在晶格失配情况下的基于衬底缓冲层的纳米线异质外延生长方法。
背景技术:
由于纳米线在高性能电学与光学器件、光电子集成以及传感领域有很好的应用前景[Yi Cui,et al.,science,vol.291,851,2001;FernandoPatolsky,et al.,science,vol.313,1100,2006],现在越来越多的研究机构开始关注纳米线的生长。特别是自下而上(bottom-up)外延生长的自支撑(free standing)纳米线具有更高的晶体质量、生长方向更易于控制、更易于集成[R.S.Wagner,et al.,Applied Physics Letters,vol.4,89,1964;E.I.Givargizov,Journal of Crystal Growth,Vol.31,20,1975;Erik Bakkers,et al.,Materials Research Society,vol.1068,223,2008.Hannah J.joyce,et al.,Nano Letters,Vol.9,No.2,695,2009]。然而,如果纳米线材料与衬底材料间存在着晶格常数失配,当纳米线直径超过某一临界直径时(该临界直径由晶格失配度决定),纳米线的径向形变无法容纳晶格失配位移,于是产生了晶体缺陷和残余应力,这导致纳米线的生长方向错乱;因此在晶格失配衬底上直接外延生长的纳米线存在生长方向不可控、晶体缺陷密度高(如堆垛层错和孪晶等缺陷)等问题[K.Tomioka,et al.,Nanotechnology,vol.20,145302,2009;F.Jabeen,et al.,Nanotechnology,vol.19,275711,2008;H.Detz,etal.,.Journal of Crystal Growth vol.311,1859,2009;S.Ihn,et al.,IEEETran.on Nanotechnol.,vol.6,384,2007;X.Bao,et al,Nano Letters.,vol.8,3755,2008;Linus C.Chuang,et al.,Applied Physics Letters,vol.90,43115,2007;E.Ertekin,et al.,Journal of Applied Physics,vol.97,114325,2005,;G.E.Cirlin,et al.,Phys.Status Solidi,vol.4,112,2009]。然而,现有技术都是在衬底上直接异质外延生长纳米线,这样不能解决由于纳米线材料与衬底材料间晶格失配产生的临界直径问题。
有鉴于此,探索新的外延生长方案,解决纳米线材料与衬底材料之间晶格失配所带来的临界直径的问题,提高纳米线的晶体质量和生长可控性,是本发明的创研动机所在。
发明内容:
本发明的目的是解决纳米线材料与衬底材料之间晶格失配所带来的生长方向不可控、晶体缺陷密度高等问题,所述晶格失配度=((纳米线材料晶格常数-衬底材料晶格常数)/衬底材料晶格常数)×100%。
本发明提供一种基于衬底缓冲层的纳米线异质外延生长方法,其中纳米线材料与衬底材料间存在晶格失配,所述方法包括如下步骤:
a、在衬底上生长缓冲层,该缓冲层材料的晶格常数与纳米线材料的晶格常数失配度小于10%;
b、在上述缓冲层上沉淀金属纳米颗粒或金属薄膜,退火,使金属纳米颗粒或金属薄膜与缓冲层材料形成合金纳米颗粒;
c、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行纳米线的外延生长。
所述衬底材料与纳米线材料间晶格失配度超过0.1%。
所述衬底材料选自III-V族半导体材料或IV族半导体材料。
所述衬底材料选自Si、GaAs、InAs、InP。
所述缓冲层材料选自III-V族半导体材料,优选所述缓冲层材料选自GaAs、InAs、InP、GaP、AlxGa1-xAs、InxGa1-xAs、InxGa1-xAsyP1-y,其中,0<x<1,0<y<1。
所述纳米线材料选自III-V族半导体材料,优选所述纳米线材料选自GaAs、InAs、InP、GaP、AlxGa1-xAs、InxGa1-xAs、InxGa1-xAsyP1-y,其中,0<x<1,0<y<1。
通过生长缓冲层,将衬底的晶格常数过渡到了缓冲层的晶格常数。由于缓冲层的晶格常数与纳米线材料的晶格常数接近,因此纳米线不再受由晶格失配导致的临界直径限制。从而在缓冲层上生长的纳米线不受临界直径的约束,并且具有生长方向一致、可控、以及高晶体质量的特点。
附图说明:
图1在衬底上生长缓冲层示意图;
图2在缓冲层上形成合金纳米颗粒示意图;
图3基于衬底缓冲层外延生长的纳米线示意图;
图4利用缓冲层在Si衬底上外延生长的GaAs纳米线的扫描电镜图像;
图5利用缓冲层在Si衬底上外延生长的GaAs纳米线底部的扫描电镜图像。
其中:1-衬底,2-缓冲层,3-合金纳米颗粒,4-纳米线。
具体实施方式:
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明,以便更好了解本发明的实质。
实施例1:Si衬底上外延生长GaAs纳米线,具体步骤如下所述。
1、在Si衬底上生长Al0.4Ga0.6As/GaAs缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金薄膜,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行GaAs纳米线的外延生长,所生长的纳米线如图4、图5所示。
根据Chuang,Glas以及Dubrovskii等人的实验结果[Linus C.Chuang,et al.,Applied Physics Letters,vol.90,43115,2007;E.Ertekin,et al.,Journal of Applied Physics,vol.97,114325,2005,;G.E.Cirlin,et.al.,Phys.Status Solidi,vol.4,112,2009],Si和GaAs的晶格失配度是4%,相应的临界直径是110纳米。如果直接生长的纳米线的直径超过这个临界直径,纳米线的生长方向是杂乱无章且形成类星形团簇[Linus C.Chuang,et al.,Applied Physics Letters,vol.90,43115,2007;E.Ertekin,et al.,Journal of Applied Physics,vol.97,114325,2005,;G.E.Cirlin,et al.,Phys.Status Solidi,vol.4,112,2009]。图5所示,利用GaAs缓冲所生长的纳米线,直径超过临界直径的(如图中箭头所示的纳米线直径达157nm)也能垂直生长。所以,实验证明利用缓冲层生长的纳米线不受临界直径的限制。
实施例2:Si衬底上外延生长In0.3Ga0.7As纳米线,具体步骤如下所述。
1、在Si衬底上生长In0.4Ga0.6As缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金薄膜,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行In0.3Ga0.7As纳米线的外延生长。
实施例3:Si衬底上外延生长In0.3Ga0.7As0.5P0.5纳米线,具体步骤如下所述。
1、在Si衬底上生长In0.4Ga0.6As0.4P0.6缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金纳米颗粒,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行In0.3Ga0.7As0.5P0.5纳米线的外延生长。
实施例4:Si衬底上外延生长InAs纳米线,具体步骤如下所述。
1、在Si衬底上生长InAs缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀镍纳米颗粒,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行InAs纳米线的外延生长。
实施例5:GaAs衬底上外延生长InP纳米线,具体步骤如下所述。
1、在GaAs衬底上生长InP缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金纳米颗粒,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行InP纳米线的外延生长。
实施例6:GaAs衬底上外延生长In0.4Ga0.6As纳米线,具体步骤如下所述。
1、在GaAs衬底上生长In0.4Ga0.6As缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金薄膜,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行In0.4Ga0.6As纳米线的外延生长。
实施例7:InAs衬底上外延生长In0.5Ga0.5As0.5P0.5纳米线,具体步骤如下所述。
1、在InAs衬底上生长In0.5Ga0.5As0.5P0.5缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金纳米颗粒,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行In0.5Ga0.5As0.5P0.5纳米线的外延生长。
实施例8:InAs衬底上外延生长GaP纳米线,具体步骤如下所述。
1、在InAs衬底上生长GaP缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金纳米颗粒,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行GaP纳米线的外延生长。
实施例9:InP衬底上外延生长InAs纳米线,具体步骤如下所述。
1、在InP衬底上生长InAs缓冲层。
2、在缓冲层上沉淀金薄膜,经退火,形成合金纳米颗粒。
3、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行InAs纳米线的外延生长。
以上所述是本发明应用的技术原理和非限制性实例,只要其所运用的方案未超出权利要求书所涵盖的范围时,均应在本发明的范围内。
Claims (8)
1.一种纳米线异质外延生长方法,其中纳米线材料与衬底材料间存在晶格失配,所述方法包括如下步骤:
a、在衬底上生长缓冲层,该缓冲层材料与纳米线材料的晶格失配度小于10%;
b、在上述缓冲层上沉淀金属纳米颗粒或金属薄膜,退火,使金属纳米颗粒或金属薄膜与缓冲层材料形成合金纳米颗粒;
c、利用合金纳米颗粒作为催化剂,进行纳米线的外延生长。
2.根据权利要求1所述纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述衬底材料与纳米线材料间晶格失配度超过0.1%。
3.根据权利要求1所述的纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述衬底材料选自III-V族半导体材料和/或IV族半导体材料。
4.根据权利要求3所述的纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述衬底材料选自Si、GaAs、InAs或InP。
5.根据权利要求1所述的纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述缓冲层材料选自III-V族半导体材料。
6.根据权利要求5所述的纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述缓冲层材料选自GaAs、InAs、InP、GaP、AlxGa1-xAs、InxGa1- xAs或InxGa1-xAsyP1-y,其中,0<x<1,0<y<1。
7.根据权利要求1所述的纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述纳米线材料选自III-V族半导体材料。
8.根据权利要求7所述的纳米线异质外延生长方法,其特征在于:所述纳米线材料选自GaAs、InAs、InP、GaP、AlxGa1-xAs、InxGa1- xAs或InxGa1-xAsyP1-y,其中,0<x<1,0<y<1。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 200910209480 CN102040191B (zh) | 2009-10-15 | 2009-10-30 | 纳米线异质外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200910178165 | 2009-10-15 | ||
CN200910178165.7 | 2009-10-15 | ||
CN 200910209480 CN102040191B (zh) | 2009-10-15 | 2009-10-30 | 纳米线异质外延生长方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102040191A CN102040191A (zh) | 2011-05-04 |
CN102040191B true CN102040191B (zh) | 2013-06-12 |
Family
ID=43906786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 200910209480 Expired - Fee Related CN102040191B (zh) | 2009-10-15 | 2009-10-30 | 纳米线异质外延生长方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102040191B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102618922A (zh) * | 2012-04-06 | 2012-08-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种在Si基片上外延生长GaAs薄膜的方法 |
CN109534279B (zh) * | 2018-11-26 | 2020-11-03 | 长春理工大学 | 一种纳米线阵列器件的制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1401558A (zh) * | 2002-09-06 | 2003-03-12 | 南京大学 | 一种制备ain纳米线及其阵列的方法 |
CN1510764A (zh) * | 2002-12-23 | 2004-07-07 | 威凯科技股份有限公司 | 高晶格匹配性的发光元件 |
CN101009214A (zh) * | 2001-03-30 | 2007-08-01 | 加利福尼亚大学董事会 | 纳米结构和纳米线的制造方法及由其制造的器件 |
CN101331590A (zh) * | 2005-12-29 | 2008-12-24 | 纳米系统公司 | 用于在有图案基底上取向生长纳米线的方法 |
CN101443887A (zh) * | 2006-03-10 | 2009-05-27 | Stc.Unm公司 | Gan纳米线的脉冲式生长及在族ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件 |
CN101530922A (zh) * | 2009-04-13 | 2009-09-16 | 西安交通大学 | 一种一维合金纳米线的制备方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7638431B2 (en) * | 2006-09-29 | 2009-12-29 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Composite nanostructure apparatus and method |
-
2009
- 2009-10-30 CN CN 200910209480 patent/CN102040191B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101009214A (zh) * | 2001-03-30 | 2007-08-01 | 加利福尼亚大学董事会 | 纳米结构和纳米线的制造方法及由其制造的器件 |
CN1401558A (zh) * | 2002-09-06 | 2003-03-12 | 南京大学 | 一种制备ain纳米线及其阵列的方法 |
CN1510764A (zh) * | 2002-12-23 | 2004-07-07 | 威凯科技股份有限公司 | 高晶格匹配性的发光元件 |
CN101331590A (zh) * | 2005-12-29 | 2008-12-24 | 纳米系统公司 | 用于在有图案基底上取向生长纳米线的方法 |
CN101443887A (zh) * | 2006-03-10 | 2009-05-27 | Stc.Unm公司 | Gan纳米线的脉冲式生长及在族ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件 |
CN101530922A (zh) * | 2009-04-13 | 2009-09-16 | 西安交通大学 | 一种一维合金纳米线的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
High-Quality InAs/InSb Nanowire Heterostructures Grown by Metal–Organic Vapor-Phase Epitaxy;Philippe Caroff et al.;《Small》;20080624;第4卷;第878–882页 * |
Philippe Caroff et al..High-Quality InAs/InSb Nanowire Heterostructures Grown by Metal–Organic Vapor-Phase Epitaxy.《Small》.2008,第4卷878-882. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102040191A (zh) | 2011-05-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tomioka et al. | Growth of highly uniform InAs nanowire arrays by selective-area MOVPE | |
Dubrovskii et al. | Role of nonlinear effects in nanowire growth and crystal phase | |
CN102050426B (zh) | 异质纳米线制备方法 | |
Ren et al. | High-quality InP nanoneedles grown on silicon | |
CN103325663B (zh) | 在纳米线侧壁生长量子点的复合纳异质结构的制备方法 | |
CN106480498A (zh) | 一种纳米图形衬底侧向外延硅基量子点激光器材料及其制备方法 | |
Ryu et al. | Two-dimensional material templates for van der Waals epitaxy, remote epitaxy, and intercalation growth | |
Beznasyuk et al. | Full characterization and modeling of graded interfaces in a high lattice-mismatch axial nanowire heterostructure | |
CN102040191B (zh) | 纳米线异质外延生长方法 | |
Xian et al. | Growth of pure zinc blende GaAs nanowires: effect of size and density of Au nanoparticles | |
Robson et al. | InAs nanowire growth modes on Si (111) by gas source molecular beam epitaxy | |
Yan et al. | Non-< 111>-oriented semiconductor nanowires: growth, properties, and applications | |
Woll et al. | Self-organized quantum dots | |
Zhang et al. | Emergence of nanowires | |
Schroter et al. | Germanium on SiC (0001): surface structure and nanocrystals | |
Zha et al. | Strain-driven synthesis of self-catalyzed branched GaAs nanowires | |
Li et al. | Growth and characterisation of Ge Nanowires by chemical vapour deposition | |
Noda et al. | Fabrication of a GaAs/AlGaAs Lattice-Matched Quantum Dot Solar Cell | |
Usui et al. | Crystal shape of GaAs nanocrystals deposited on Si (100) by molecular beam epitaxy | |
CN102477582A (zh) | 一种(In,Mn)As纳米线及其制备方法 | |
Park et al. | Catalyst-free growth of ZnO nanorods and their nanodevice applications | |
CN101556916A (zh) | 一种GaAs基InAs量子环的制备方法 | |
Glas | Heterostructures and strain relaxation in semiconductor nanowires | |
Kawaguchi et al. | MOVPE growth and optical properties of wurtzite InP nanowires with radial InP/InAsP quantum wells | |
Shtrikman et al. | Core-shell GaAs-AlAs nanowires grown by MBE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130612 Termination date: 20181030 |