CN102897726A - 一种制备Si3N4纳米线的方法 - Google Patents

一种制备Si3N4纳米线的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102897726A
CN102897726A CN2012104478009A CN201210447800A CN102897726A CN 102897726 A CN102897726 A CN 102897726A CN 2012104478009 A CN2012104478009 A CN 2012104478009A CN 201210447800 A CN201210447800 A CN 201210447800A CN 102897726 A CN102897726 A CN 102897726A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon nitride
silicon
nanometer wire
beta
nitrogen
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.)
Granted
Application number
CN2012104478009A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102897726B (zh
Inventor
李玉国
王宇
方香
卓博世
彭瑞芹
张晓森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Normal University
Original Assignee
Shandong Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Normal University filed Critical Shandong Normal University
Priority to CN201210447800.9A priority Critical patent/CN102897726B/zh
Publication of CN102897726A publication Critical patent/CN102897726A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102897726B publication Critical patent/CN102897726B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种制备Si3N4纳米线的方法，步骤如下：（1）制备溅有Pt薄膜的硅衬底：使用磁控溅射仪在硅片上制备厚度为10～50nm的Pt薄膜；（2）氮化硅纳米线的合成：将上述溅射好的附有Pt薄膜的硅衬底放在石英管式炉中进行氮化硅纳米线的合成，实验条件为：炉温为900～1200℃，工作气体为硅烷和氮气，硅烷和氮气的气体流量比为1:1～1:5，流量为300ml/min～1000ml/min，反应时间为30～120分钟；反应结束后，即得氮化硅纳米线。本发明所得到的β-Si3N4纳米线具有纯度高、结晶性好、表面光滑等特点，纳米线直径在50～100nm之间，线的长度达到1μm。

Description

一种制备Si3N4纳米线的方法
技术领域
本发明涉及一种制备Si3N4纳米线的方法。
背景技术
氮化硅作为高温材料具有特殊的优点，在高温下仍保持高的机械强度，具有耐热冲击、耐腐蚀、热膨胀系数小、化学稳定性高、电绝缘性好及中等热传导性等优良性能。而且氮化硅是一种宽禁带半导体材料，禁带宽度达5.3eV，可以通过适当掺杂引入杂质能级提高半导体性能，可用于制造量子阱。一维氮化硅纳米材料在机械、化学及高温核辐射环境下的微电子和光学方面具有广泛应用前景，值得深入研究。氮化硅的折射率比较大，对光有较强的约束作用从而具有较好的光导性。
传统氮化硅由大颗粒、多相粉体烧结制成，因而脆性大，均匀性差，可靠性低，韧性和强度很差，在应用上受到了较大的限制。利用纳米技术开发的纳米氮化硅陶瓷材料的显微结构中，晶粒晶界及它们之间的结合尺寸都处在纳米水平（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。纳米氮化硅具有以下的特性：极小的粒径，很大的比表面积和较高的化学性能，可以显著提高氮化硅的烧结致密化程度，降低烧结温度，节约能源；使氮化硅的组成结构均匀化，改善材料的性能，提高其使用可靠性；可以从纳米材料的结构层次上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。另外，由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能，如果粉料的颗粒堆积均匀，烧制收缩一致且晶粒均匀长大，颗粒越小时所产生的微观缺陷越小，所制备的材料的强度就相应越高，这样就能有效地克服脆性，提高柔韧性和可加工性能。
纳米氮化硅具有两种晶型：亚稳的低温相六方α-Si3N4和稳定的高温相六方β-Si3N4。氮化硅是一种宽带隙（5.3eV）半导体材料，其带隙中间能级可以通过掺杂而调整以满足不同电学/光学性质的要求。此外，纳米材料的表面效应和量子尺寸效应还导致氮化硅粉体红外吸收光谱和拉曼光谱的蓝移和/宽化现象。
氮化硅由于具有如此优异的物理化学性能，近几十年特别是近二十年来，引起了世界各国科学家和工程师对其制备方法的不懈探索。然而，受制备和加工方法的限制，氮化硅陶瓷的全面使用显然受到了很大的限制。鉴于此，世界各国都在努力寻求经济的合成方法，这些工作主要包括硅粉直接氮化法、碳热还原法、卤化硅氨解法、制备前驱体法、化学复分解法、原位合成法、硅合金氨解法等（这是按照合成所用原料的不同来划分的），现分别介绍如下：
1、硅粉直接氮化法：主要是指纯净硅粉在氮气、氨气的还原性气氛中发生反应，生成氮化硅微粉。
2、碳热还原法：是指二氧化硅和碳的粉末在高温下的氮气气氛中发生氮化和还原反应，生成微粉Si3N4。
3、卤化硅氨解法：硅的卤化物或硅的氢卤化物与氨气或者氮气发生化学气相反应生成氮化硅。
4、制备前驱体等其它方法：制备前驱体法是指先由氮源和硅源反应生成一种比较容易分解的前驱体，再由前驱体在比较温和的条件下分解产生氮化硅微粉。
国际上研发制备氮化硅粉末的代表性工作是美国Dow Chem.Co.(陶式化学)开发的SiO2碳热还原氮化法和国际上普遍采用的硅粉直接氮化法。国际上大的生产厂家有starck(德)，AME(英)和日本电工等厂商。两种工艺都需要很长的氮化时间，一般为每周期72h。所制备的氮化硅粉末价格也较高。近年来。国内许多单位开发的制备纳米氮化硅粉末的等离子体法由于产品价格和产量规模的原因,。尚不具备形成较大产业的可能性。为了降低成本，减少反应时间就显得非常重要，因为这对于产业化是非常重要的。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种新采用磁控溅射及热蒸发法制备氮化硅纳米线的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种制备Si3N4纳米线的方法，步骤如下：
（1）制备溅有Pt薄膜的硅衬底：使用磁控溅射仪在硅片上制备厚度为10～50nm的Pt薄膜；
（2）氮化硅纳米线的合成：将上述溅射好的附有Pt薄膜的硅衬底放在石英管式炉中进行氮化硅纳米线的合成，实验条件为：炉温为900～1200℃，工作气体为硅烷和氮气，硅烷和氮气的气体流量比为1:1～1:5，流量为300ml/min～1000ml/min，反应时间为30～120分钟；反应结束后，待温度降至室温，取出样品发现在衬底表面均有白色絮状物质生成，即得氮化硅纳米线。
所述步骤（1）具体如下：使用磁控溅射仪进行制备，基片为Si片，溅射用靶是纯度为99.99%的Pt靶，系统背景真空度为1.9×10-3Pa，工作气体是纯度为99.999%的高纯氩气，工作气压为3Pa；室温下溅射，将Pt溅射到衬底上，Pt薄膜厚度为10～50nm。
用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射谱（XRD）对所制备产物的表面形貌和成份进行表征和分析，测试结果说明所制备的产物为β-Si3N4纳米线，纳米线直径在50～100nm之间，线的长度达到1μm。
本发明的制备Si3N4纳米线的方法，所得到的β-Si3N4纳米线具有纯度高、结晶性好、表面光滑等特点。
附图说明
图1：制备样品的SEM图。
图2：制备纳米线的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1制备Si3N4纳米线
步骤如下：
（1）制备溅有Pt薄膜的硅衬底：使用磁控溅射仪进行制备，基片为Si片，溅射用靶是纯度为99.99%的Pt靶，系统背景真空度为1.9×10-3Pa，工作气体是纯度为99.999%的高纯氩气，工作气压为3Pa；室温下溅射，将Pt溅射到衬底上，Pt薄膜厚度为10～50nm。
（2）氮化硅纳米线的合成：将上述溅射好的附有Pt薄膜的硅衬底放在石英管式炉中进行氮化硅纳米线的合成，实验条件为：炉温为900～1200℃，工作气体为硅烷和氮气，硅烷和氮气的气体流量比为1:1～1:5，流量为300ml/min～1000ml/min，反应时间为30～120分钟；反应结束后，待温度降至室温，取出样品发现在衬底表面均有白色絮状物质生成，即得氮化硅纳米线。
用扫描电子显微镜（SEM）（如图1所示）和X射线衍射谱（XRD）（如图2所示）对所制备产物的表面形貌和成份进行表征和分析，测试结果说明所制备的产物为β-Si3N4纳米线，纳米线直径在50～100nm之间，线的长度达到1μm。
根据以上测试结果可知，本发明的制备Si3N4纳米线的方法，所得到的β-Si3N4纳米线具有纯度高、结晶性好、表面光滑等特点。

Claims (2)

1.一种制备Si3N4纳米线的方法，其特征在于：步骤如下：
（1）制备溅有Pt薄膜的硅衬底：使用磁控溅射仪在硅片上制备厚度为10～50nm的Pt薄膜；
（2）氮化硅纳米线的合成：将上述溅射好的附有Pt薄膜的硅衬底放在石英管式炉中进行氮化硅纳米线的合成，实验条件为：炉温为900～1200℃，工作气体为硅烷和氮气，硅烷和氮气的气体流量比为1:1～1:5，流量为300ml/min～1000ml/min，反应时间为30～120分钟；反应结束后，即得氮化硅纳米线。
2.根据权利要求1所述的一种制备Si3N4纳米线的方法，其特征在于：所述步骤（1）具体如下：使用磁控溅射仪进行制备，基片为Si片，溅射用靶是纯度为99.99%的Pt靶，系统背景真空度为1.9×10-3Pa，工作气体是纯度为99.999%的高纯氩气，工作气压为3Pa；室温下溅射，将Pt溅射到衬底上，Pt薄膜厚度为10～50nm。
CN201210447800.9A 2012-11-09 2012-11-09 一种制备Si3N4纳米线的方法 Expired - Fee Related CN102897726B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210447800.9A CN102897726B (zh) 2012-11-09 2012-11-09 一种制备Si3N4纳米线的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210447800.9A CN102897726B (zh) 2012-11-09 2012-11-09 一种制备Si3N4纳米线的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102897726A true CN102897726A (zh) 2013-01-30
CN102897726B CN102897726B (zh) 2015-06-03

Family

ID=47570264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210447800.9A Expired - Fee Related CN102897726B (zh) 2012-11-09 2012-11-09 一种制备Si3N4纳米线的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102897726B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110364357A (zh) * 2019-07-21 2019-10-22 天津大学 一种高储能密度电容器及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1577767A (zh) * 2003-06-30 2005-02-09 株式会社半导体能源研究所 氮化硅膜、半导体器件、显示器件及制造氮化硅膜的方法
CN101024904A (zh) * 2007-01-18 2007-08-29 上海交通大学 利用纳米硅丝做模板合成单晶β－Si3N4纳米线的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1577767A (zh) * 2003-06-30 2005-02-09 株式会社半导体能源研究所 氮化硅膜、半导体器件、显示器件及制造氮化硅膜的方法
CN101024904A (zh) * 2007-01-18 2007-08-29 上海交通大学 利用纳米硅丝做模板合成单晶β－Si3N4纳米线的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINGWEI SONG等: ""Fabrication of Si3N4 Nanocrystals and Nanowires Using PECVD"", 《ADVANCES IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING》 *
郑学垒等: "长直SiO2纳米线的制备和结构表征", 《微纳米电子技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110364357A (zh) * 2019-07-21 2019-10-22 天津大学 一种高储能密度电容器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102897726B (zh) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103539088B (zh) 一种氮化铝纳米颗粒的合成方法
CN107082408A (zh) 一种利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法
CN103172346B (zh) 电场反应热压法制备多孔纳米镁硅基块体热电材料的方法
CN109437203B (zh) 一种高纯一维SiC纳米材料的制备方法
CN106431418A (zh) 水热法制备纳米AlN粉体的方法和其中间体及产品
CN103159210B (zh) 一种制备氮掺杂石墨烯的新方法
CN103539085A (zh) 一种六方氮化硼纳米片的合成方法
Ceballos-Mendivil et al. Synthesis of silicon carbide using concentrated solar energy
CN104945024A (zh) 一种新型氮化铝微球粉体的制备方法
CN100560487C (zh) 一种低温制备立方碳化硅纳米线的方法
WO2019232765A1 (zh) 一种超薄氮化硼纳米片的制备方法
Zhao et al. Transformation of waste crystalline silicon into submicro β-SiC by multimode microwave sintering with low carbon emissions
CN102897726B (zh) 一种制备Si3N4纳米线的方法
CN102275906B (zh) 一种常温制备石墨烯的方法
CN102815698A (zh) 一种二维碳化物的模板限制合成方法
CN103352253A (zh) 一种调控n型SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的方法
CN107271082B (zh) 一种B掺杂SiC纳米带大应变系数高灵敏压力传感器及其制备方法
CN109293368B (zh) 一种氮化铝粉体的制备方法
CN101525767B (zh) 一维纳米单晶管状碳化硅及其制备方法
CN103318946A (zh) 一种碳热还原制备较高长径比ZnO纳米线的方法
CN102154627A (zh) 一种制备独立自支撑透明氮化铝纳米晶薄膜的方法
CN103498190B (zh) 高纯度枝状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法
CN107522180A (zh) 一种氮化硼纳米管的制备方法
CN102161479A (zh) 溶剂热法低温合成氮化硅纳米棒状晶体材料的方法
CN110217815A (zh) 一种无催化剂生长β-Ga2O3纳米线的方法

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

Granted publication date: 20150603

Termination date: 20151109

EXPY Termination of patent right or utility model