CN102569034A - 在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法 - Google Patents

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赵建华
王思亮
俞学哲
王海龙
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Abstract

一种在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，包括如下步骤在于：步骤1：将自然氧化的衬底放在分子束外延设备样品架上，将衬底升温；步骤2：当衬底升至预定温度后，再将衬底温度降温；步骤3：待衬底温度稳定后，打开In挡板，在衬底上沉积In层；步骤4：关闭In挡板，弛豫一段时间，使沉积的In层在衬底上不均匀的氧化层开口处形成In液滴；步骤5：然后同时打开In和As挡板，在沉积的In层上生长InAs纳米线；步骤6：生长结束后，先关In挡板，再对衬底降温，待衬底温度降至450℃以下再关As挡板，完成InAs纳米线的制备。通过以上方法其可不用对自然氧化的Si衬底进行处理，也不用外加催化剂，即可在Si衬底上生长InAs纳米线。

Description

在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料生长技术，主要是一种在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法。
背景技术
随着微电子技术的发展，半导体器件的尺寸日益减小，人们对器件高性能的需求意味着必须提升芯片和电路的集成度。因此，新型纳米尺寸的材料成为了当今材料科学的研究热点。在所有纳米材料中，半导体纳米材料因其独特的性能并且易于与当今微电子集成技术结合，从而受到了广泛的关注。一维半导体纳米线是最低维度的可以传输电荷和光学激子的系统，并可以实现量子尺寸效应，是发展纳米集成功能器件的重要材料。
InAs纳米线由于InAs本身具有电子迁移率高等优势，成为了一种关键的半导体纳米线材料。目前，国内外各科研小组对InAs纳米线的外延生长方法主要可以分为两类：一类是利用外加催化剂(最常见的是金)，在生长沉积InAs之前先沉积一层催化剂材料使其形成液滴，促进纳米线的成核；另一类是对Si衬底进行预先处理，先腐蚀去掉Si衬底表面的自然氧化层，再利用蒸镀的方法，人为地在Si表面淀积一薄层氧化硅，然后用溅射、化学腐蚀或者模板刻蚀等技术，使得氧化层露出开口，从而促进纳米线的成核。虽然两类方法都能制备出InAs纳米线，但是过程相对繁琐，如何用简便易行的方法生长InAs成为了一个有意义的课题。
发明内容
本发明的目的是提供在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其可不用对自然氧化的Si衬底进行处理，也不用外加催化剂，即可在Si衬底上生长InAs纳米线。
本发明提供一种在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，包括如下步骤在于：
步骤1：将自然氧化的衬底放在分子束外延设备样品架上，将衬底升温；
步骤2：当衬底升至预定温度后，再将衬底温度降温；
步骤3：待衬底温度稳定后，打开In挡板，在衬底上沉积In层；
步骤4：关闭In挡板，弛豫一段时间，使沉积的In层在衬底上不均匀的氧化层开口处形成In液滴；
步骤5：然后同时打开In和As挡板，在沉积的In层上生长InAs纳米线；
步骤6：生长结束后，先关In挡板，再对衬底降温，待衬底温度降至450℃以下再关As挡板，完成InAs纳米线的制备。
其中所述的衬底的材料为Si。
其中衬底升温的温度为500-800℃，再除气5-30分钟。
其中在衬底上沉积In层的温度为400℃到600℃。
其中控制In的沉积量使其不至于覆盖整个衬底表面。。
其中生长InAs纳米线时As和In的束流比为10到120。
其中生长结束后，对衬底降温的温度为450℃以下，再关As挡板。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图对本发明进一步详细说明，其中：
图1是本发明方法的流程图；
图2是InAs纳米线的X射线衍射图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，包括如下步骤在于：
步骤1：将自然氧化的衬底放在分子束外延设备样品架上，将衬底升温，所述的衬底的材料为Si。
步骤2：当衬底升至预定温度后，再将衬底温度降温，所述衬底升温的预订温度为500-800℃，再除气5-30分钟。
步骤3：待衬底温度稳定后，打开In挡板，在衬底上沉积In层，该In层的沉积温度为400℃到600℃，沉积的时间小于10分钟；此步骤是为了控制In的沉积量，使其不至于太多而完全覆盖衬底表面，而是能够在衬底表面扩散，为步骤4中形成In液滴创造合适的条件。
步骤4：关闭In挡板，弛豫一段时间，使沉积的In层在衬底上不均匀的氧化层缺口处形成In液滴；此步骤是利用In的熔点较低，能够在衬底表面形成液态扩散，最终在氧化层缺口处形成液滴，作为InAs纳米线生长的成核源。
步骤5：然后同时打开In和As挡板，在沉积的In层上生长InAs纳米线，所述生长InAs纳米线时As和In的束流比为10到120。
步骤6：生长结束后，先关In挡板，再对衬底降温，对衬底降温的温度为450℃以下，再关As挡板，待衬底温度降至450℃以下再关As挡板，完成InAs纳米线的制备。此步骤中先关In挡板，再关As挡板，是为了是InAs在富As的氛围中继续晶华，得到完整的晶体纳米线。
图2分析结果表明了生长的纳米线确为InAs纳米线，且衍射峰对应的结构主要为闪锌矿结构。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了较详细具体的说明，所应理解的是，以上所述的仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神、思想和原则范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，包括如下步骤在于：
步骤1：将自然氧化的衬底放在分子束外延设备样品架上，将衬底升温；
步骤2：当衬底升至预定温度后，再将衬底温度降温；
步骤3：待衬底温度稳定后，打开In挡板，在衬底上沉积In层；
步骤4：关闭In挡板，弛豫一段时间，使沉积的In层在衬底上不均匀的氧化层开口处形成In液滴；
步骤5：然后同时打开In和As挡板，在沉积的In层上生长InAs纳米线；
步骤6：生长结束后，先关In挡板，再对衬底降温，待衬底温度降至450℃以下再关As挡板，完成InAs纳米线的制备。
2.如权利要求1所述的在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其中所述的衬底的材料为Si。
3.如权利要求1所述的在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其中衬底升温的温度为500-800℃，再除气5-30分钟。
4.如权利要求1所述的在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其中在衬底上沉积In层的温度为400℃到600℃。
5.如权利要求4所述的在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其中控制In的沉积量使其不至于覆盖整个衬底表面。。
6.如权利要求1所述的在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其中生长InAs纳米线时As和In的束流比为10到120。
7.如权利要求1所述的在自然氧化的Si衬底上生长InAs纳米线的方法，其中生长结束后，对衬底降温的温度为450℃以下，再关As挡板。
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