硅纳米线的制备
硅纳米线的制备及其在生物医学领域的应用
硅纳米线的制备及其在生物医学领域的应用近年来，纳米技术在生物医学领域中的应用越来越广泛。
硅纳米线作为一种重要的纳米材料，在生物医学领域中也具有非常重要的作用。
本文将介绍硅纳米线的制备及其在生物医学领域中的应用。
一、硅纳米线的制备硅纳米线的制备方法有多种，其中比较常见的方法有电化学法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法和氧化法等。
1. 电化学法电化学法是一种比较常见的硅纳米线制备方法。
具体操作过程是将硅板放入电解质溶液中，然后通过外加电场控制氧化还原反应，使硅板表面逐渐形成纳米线。
该方法制备出来的硅纳米线形状规则、结晶度高、纯度高，同时生产成本相对较低。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过热蒸发硅源物质后，在惰性气体中加入反应气体，然后在基片表面化学反应形成硅纳米线。
该方法可以控制硅纳米线的长度、直径和密度等参数，操作简单，但是需要高温热源。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过合成硅源、添加助剂和催化剂，制备出硅纳米线。
该方法可以制备出不同形状、不同粒径、不同比表面积的硅纳米线，并且可以通过改变催化剂的种类和浓度来调控制备的硅纳米线。
4. 氧化法氧化法是一种通过将硅粉末加入到含钪、钛等氧化物混合物中，在高温下进行氧化反应生成硅纳米线。
该方法可以制备出具有较好高温稳定性的硅纳米线，在气体传感、光电器件等领域中有广泛的应用。
二、硅纳米线在生物医学领域中的应用硅纳米线作为一种重要的纳米材料，在生物医学领域中具有很广泛的应用，主要包括以下方面：1. 细胞成像硅纳米线具有高比表面积、良好的生物相容性以及较强的荧光发射能力，可以作为细胞成像的探针。
通过对硅纳米线的材料和表面改性，可以实现对细胞生长、分裂以及相互作用的高分辨成像。
2. 药物传递硅纳米线可以作为药物传递的载体，通过改变硅纳米线的表面性质和尺寸，可以实现对药物的承载、稳定、释放和定向传递等功能。
同时，硅纳米线具有较好的生物医学安全性，可以被分解吸收，减少对人体的不良反应。
硅纳米线的制备
小组成员： 主讲人：
一、简介
纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在 100 纳米以下（纵向没有限 制）的一维结构。悬置纳米线指纳米线在真空条件下末端被固定。典型的纳米线 的纵横比在1000以上，因此它们通常被称为一维材料。在电子，光电子和纳米电 子机械器械中，纳米线有可能起到很重要的作用。它同时还可以作为合成物中的 添加物、量子器械中的连线、场发射器和生物分子纳米感应器。硅纳米线是一种 新型的一维半导体纳米材料，线体直径一般在10 nm 左右，内晶核是单晶硅，外 层有一SiO2 包覆层。
有模板的地方形成柱状结构。
PS球
银薄膜
硅基体
类似的利用多孔阳极氧化铝（AAO）模板制备了直径 8-15nm 的 SiNWs。其过程如图所示：（1）在
硅衬底上制AAO/PS 复合层，带有 10-350nm 直径孔的 AAO 层可以方便的通过阳极氧化铝来制备；（2）
聚苯乙烯（PS）层用来稳AAO 层，可通过在空气中加热到 400℃去除。（3）溅射镀银；（4）HF+H2O2 溶液中刻蚀，AAO 层被 HF 去除，因而覆盖 AAO 膜的银网直接和硅接触；由于银网的催化速度比银颗粒
具体反应式为： 阴极反应：
阳极反应：
总反应：
2.2制备原理
空位
贵金属
基体硅
反应过程如图 上所示：（1）在贵金属表面处，氧化剂被优先催化还原，产生空穴。（2）空穴通 过金属颗粒注入到与之接触的硅中。（3）在贵金属和硅接触的界面处，注入的空穴将硅氧属与硅接触的地方空穴溶度最高，腐蚀速度最快。因此，与贵金属接触的
在这个领域取得大的进展，服务我们的社会主义现代化建设！
谢谢观看！
的快，因此 AAO 孔所在处刻蚀慢，形成 SiNWs 阵列。
硅纳米线的现代制备方法
硅基 半 导体 材料是 目前 整个 半导 体器 件和 集成 电路 的基 础 ， 随着 集 成 电路 的高 密度 化 ， 体 硅逐 渐 难 以满 足 微 电子制 造 技术 的 发 展 需求 。硅 纳 米线 作 为 一维 硅 纳米 材 料 ， 在 具 有半 导 体 性
质 的 同时 ，由于 其 直径 与 其德 布 罗 意波 长 相 当 ， 还 具有 不 同 于 体硅 材 料 的量 子 限制 效 应 …、 库仑 阻塞 效 应 以及 光 致发 光 等物 理特 性 。更重 要 的 是硅 纳 米线 和 目前 的硅基 材 料 有 极好 的兼 容 性 ，因而 在未 来 的纳 米 半 导体 材料 以及 纳米 电子 器件 米 线 的直 径 ， 并 通 过 不断 吸 附反 应 物使 之在 催 化剂 一 纳 米 线 界面 上过饱 和溢 出 ， 使 得纳 米 线不 断生 长 。 采 用 含少 量 Ｆ ｅ ，Ａ ｕ ，Ｎ ｉ 的硅 粉 作 为 靶 材 ， 放入填充 Ａ ｒ 气 的 石 英管 中 ， 在 一定 温度 下激 光烧 蚀 可获 得硅 纳米 线 。含 有 Ｆ ｅ的硅 粉在激光烧蚀作用下生成 Ｆ ｅ和 ｓ ｉ的高 温 浓 缩 蒸 汽 ，Ｆ ｅ 和ｓ ｉ 碰撞 形 成纳 米 团簇 ， 并在 Ａ ｒ 气作 用下 冷 却为 液态 。通 过控 制腔 内温 度 使纳 米 团簇 维持 在液 态 ， 液态 中 ｓ ｉ 达 到过 饱和 后开 始 生 成硅 纳 米 线 。在 液 态纳 米 团簇 和 ｓ ｉ 充 足 的情 况 下 ， 硅 纳 米线 将 持 续生 长直 至 随 Ａ ｒ 载气 气流 通过 热反 应 区域 后停 止 。此 时 ， 纳 米 团 簇 变 成 固态 ，图 ｌ 为Ｍ ｏ ｒ ａ ｌ ｅ ｓ 等提 出 的激 光 烧 蚀法 制 备 硅
法 以及近 年来 的 金属辅 助化 学腐 蚀法 等 。而 生长 机理 则包 括气 一 液 一固 （ Ｖ Ｌ Ｓ ）生 长 机理 ， 氧 化 物辅 助 生长 机 理 及超 临 界溶 液 一
硅纳米线的制备及其光学性质研究
硅纳米线的制备及其光学性质研究硅纳米线是一种直径在几纳米到几十纳米之间的纳米尺寸的硅材料，具有很好的机械、电子和光学性质。
因此，硅纳米线被广泛应用于光电器件、传感器、能源等领域。
本文将探讨硅纳米线制备方法及其光学性质研究的最新进展。
一、硅纳米线的制备方法目前，制备硅纳米线的方法主要有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、电化学法、物理气相沉积法等多种方法。
下面将介绍其中几种方法。
1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备硅纳米线的方法。
该方法是利用气相反应在高温条件下使硅源在载气中分解并在衬底上生长成硅纳米线。
其优点是操作简单、成本低，但是需要高温下进行反应，且硅纳米线的直径难以控制。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种化学合成硅纳米线的方法，目前已被广泛应用于制备硅纳米线。
该方法是将硅源与溶剂混合，并通过加热和干燥将其固化成凝胶，再进行热处理，使凝胶转化为纳米尺寸的硅颗粒。
其优点是可以控制硅纳米线的直径，并且还可以控制硅纳米线的形态，比如，可以制备锥形、球形等形态的硅纳米线。
3. 电化学法电化学法是一种制备硅纳米线的常用方法，它是通过在电解液中让硅材料通过电解来制备硅纳米线。
电化学法可以制备出高质量、高密度、高可控性的硅纳米线，在光电器件、化学传感器等领域有着广泛的应用。
二、硅纳米线的光学性质研究硅纳米线具有独特的光学性质，如增强拉曼散射信号、表面等离子体共振等。
其光学性质与硅纳米线的直径、长度、形态等有关。
下面将介绍几种硅纳米线的光学性质研究。
1. 硅纳米线的表面等离子体共振硅纳米线的表面等离子体共振是指硅纳米线表面的自由载流子与光之间的相互作用。
当光照射到硅纳米线表面时，光子会产生激发，并形成表面等离子体共振的现象。
该现象可以应用于传感器、光电器件等领域。
2. 硅纳米线的增强拉曼散射硅纳米线的增强拉曼散射是指硅纳米线表面与分子之间的相互作用所产生的拉曼信号增强现象。
该现象可以用于化学传感器、分子识别等领域。
硅纳米线 离子束蚀刻
硅纳米线离子束蚀刻硅纳米线是一种具有很高应用价值的纳米材料，它具有很好的电学、光学和力学性能，因此在微电子学、光电子学、生物医学等领域有着广泛的应用。
而离子束蚀刻技术则是一种高精度、高效率的微纳加工技术，可以用于制备各种微纳结构。
本文将介绍硅纳米线离子束蚀刻技术的原理、方法和应用。
一、硅纳米线的制备方法硅纳米线的制备方法有很多种，如化学气相沉积法、热蒸发法、溶胶-凝胶法、电化学法等。
其中，化学气相沉积法是最常用的方法之一，它可以在高温下通过化学反应在硅衬底上生长出硅纳米线。
这种方法具有制备简单、成本低、生长速度快等优点，但是硅纳米线的直径和长度难以控制，且生长过程中会产生大量的有害气体。
二、离子束蚀刻技术的原理离子束蚀刻技术是一种利用离子束轰击材料表面，使其发生化学反应或物理变化，从而实现微纳加工的技术。
离子束蚀刻技术的原理是利用高能离子束轰击硅衬底表面，使其发生化学反应或物理变化，从而形成硅纳米线。
离子束蚀刻技术具有高精度、高效率、无污染等优点，可以制备出直径和长度均匀的硅纳米线。
三、硅纳米线离子束蚀刻技术的方法硅纳米线离子束蚀刻技术的方法主要包括以下几个步骤：1. 制备硅衬底：选择高纯度的硅衬底，并进行表面处理，使其表面光滑、无杂质。
2. 离子束蚀刻：将硅衬底放入离子束蚀刻设备中，利用高能离子束轰击硅衬底表面，使其发生化学反应或物理变化，从而形成硅纳米线。
3. 后处理：将制备好的硅纳米线进行后处理，如清洗、干燥、热处理等，以提高其性能和稳定性。
四、硅纳米线离子束蚀刻技术的应用硅纳米线离子束蚀刻技术在微电子学、光电子学、生物医学等领域有着广泛的应用。
其中，微电子学领域是硅纳米线离子束蚀刻技术的主要应用领域之一。
硅纳米线可以用于制备场效应晶体管、太阳能电池、传感器等微电子器件。
离子束蚀刻技术可以制备出直径和长度均匀的硅纳米线，从而提高微电子器件的性能和稳定性。
硅纳米线还可以用于光电子学领域。
硅纳米线具有很好的光学性能，可以用于制备光电器件，如光电探测器、光电调制器等。
硅纳米线材料的制备与应用研究
硅纳米线材料的制备与应用研究硅纳米线作为一种重要的纳米材料，因其优异的物理、化学和生物性质，在纳米电子学、生物传感、光电子学等领域得到了广泛的应用。
本文将对硅纳米线材料的制备方法和应用研究进行系统的介绍。
1. 硅纳米线的制备方法1.1 气相沉积法气相沉积法是硅纳米线制备的一种常用方法，通过在高温下将硅源蒸发，使硅蒸气在载气气氛中分解并形成硅纳米线。
气相沉积法有热氧化物化学气相沉积法（HOCVD）、热物质气相沉积法（HTCVD）等多种不同的方法，可根据要求选择不同的反应条件和控制因素来制备不同形态的硅纳米线。
1.2 液相沉积法液相沉积法是将反应溶液中的硅源和还原剂混合，并在适当的反应条件下，通过还原和沉淀等过程制备硅纳米线。
液相沉积法具备较好的可控性和成本优势，但需要在较严格的反应条件下进行，且对硅纳米线的形态和结构控制性相对较低。
1.3 等离子体增强化学气相沉积法等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）是将反应气体引入等离子体体系中，并在等离子体体系中进行反应形成硅纳米线的方法。
其具备快速制备、可控性好等特点，是硅纳米线制备中的一种常用方法。
2. 硅纳米线的应用研究2.1 纳米电子学硅纳米线在纳米电子学领域中有着广泛的应用。
硅纳米线具有尺寸很小、电子传输能力强、电容性能好等特点，可以用作半导体器件上的电荷传输通道和OI-FET管道，能够增强器件的速度和功耗比等性能，已成为超大规模集成电路（VLSI）制造的有效手段。
2.2 生物传感硅纳米线具备高灵敏度、高选择性和多重信号特征等生物传感应用上的优势。
通过表面修饰，使硅纳米线与生物分子或生物大分子发生相互作用，实现对生物分子的检测和定量分析。
同时，硅纳米线还可以起到信号转换器和引导介质的作用，在生物传感领域有着广泛的应用前景。
2.3 光电子学硅纳米线在光电子学领域中的应用主要体现在太阳能电池领域和LED发光器件领域。
硅纳米线的高比表面积和高光电转换效率在太阳能电池中有着广泛的应用前景。
一步法制备硅纳米线实验步骤
一步法制备硅纳米线实验步骤
一、实验材料和设备
1.硅片：直径为30nm左右的单晶硅片；
2.氢氟酸：浓度为10%;
3.氨水：浓度为0.1M;
4.氯化钠：浓度为0.1M;
5.硝酸：浓度为0.1M;
6.蒸馏水：用于稀释溶液；
7.磁力搅拌器：用于混合溶液；
8.电热板：用于加热溶液；
9.PDMS模板：用于切割硅纳米线。
二、实验步骤
1.将直径为30nm左右的单晶硅片洗净，用蒸馏水冲洗干净后晾干备用。
2.在烧杯中加入适量的氢氟酸和氨水，混合均匀后加入氯化钠和硝酸，继续搅拌至完全溶解。
此时溶液呈酸性。
3.将准备好的硅片放入烧杯中，用磁力搅拌器充分混合溶液。
注意不要让溶液接触到皮肤或眼睛。
4.将烧杯放在电热板上加热至80°C左右，保持温度不变。
此时溶液开始蒸发，产生气泡。
5.当气泡停止产生时，将烧杯从电热板上取下，放置在室温下静置一段时间。
此时硅片表面会形成一层薄膜，这是由于溶液中的气体在蒸发过程中被排出所致。
6.用PDMS模板轻轻地压在硅片表面，然后迅速撕去模板即可得到一条长度约为1mm的硅纳米线。
如果需要制备多条硅纳米线，则可以重复以上步骤。
7.将制备好的硅纳米线用蒸馏水冲洗干净后晾干备用。
三、实验注意事项
1.在操作过程中要注意安全，避免接触到氢氟酸和氨水等有害物质；
2.溶液的配制要严格按照实验要求进行，以保证制备出的硅纳米线的纯度和质量；
3.在加热过程中要控制好温度和时间，避免过热或过久导致硅纳米线的破坏或变形；
4.制备完成后要及时清洗干净并晾干，以免受到污染或氧化而影响其性能。
硅纳米线的制备及应用研究
硅纳米线的制备及应用研究随着纳米科技的快速发展，纳米材料在各个领域的应用越来越广泛。
硅纳米线是一种性能优异、结构简单的纳米材料，其制备和应用领域备受关注。
一、硅纳米线的制备硅纳米线可以通过多种方法制备，如电化学腐蚀法、热蒸发-凝固法、分子束外延法等。
其中，电化学腐蚀法是制备硅纳米线的最常用方法之一。
在电化学腐蚀法中，由于硅与氢离子的化学反应，硅表面不断被腐蚀，逐渐形成硅纳米线。
该方法制备的硅纳米线具有简单、实用、可控制等优点。
此外，还可以通过添加掺杂物的方式控制硅纳米线的性质，如提高硅纳米线的导电性能、光电性能等。
二、硅纳米线的应用硅纳米线作为一种典型的纳米材料，在很多领域都有广泛的应用，如传感、光电器件等。
1、光电器件硅纳米线具有很好的光电效应，可以制备出多种光电器件，如太阳能电池、LED等。
太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，而硅纳米线太阳能电池具有高效率、低成本等特点。
此外，硅纳米线还可用于制备LED，其结构简单、发光效率高，可用于照明、显示等领域。
2、传感硅纳米线具有很好的传感性能，可用于制备各种传感器，如生物传感器、气体传感器等。
生物传感器可以检测生物分子、DNA等，广泛应用于医疗、食品安全等领域。
而气体传感器则可以检测各种气体的浓度、类型等，可用于环保监测、安全防护等领域。
3、储能器件硅纳米线还可以用于制备储能器件，如电池、超级电容器等。
硅纳米线电池具有高能量密度、长寿命等优点，是一种重要的储能设备。
而硅纳米线超级电容器则具有高功率密度、长循环寿命等特点，可用于快速充放电、瞬间能量输出等领域。
三、结语硅纳米线作为一种性能优异、结构简单的纳米材料，具有广泛的应用前景。
在未来，随着纳米科技的不断发展，硅纳米线的制备方法、性能优化和应用领域将会不断拓展。
硅纳米线
硅纳米线的制备
固液固生长：
1 以重掺杂n型Si晶片作为衬底
2 在其表面热沉积40 nm的Ni层，
3 然后置于石英管中加热至950℃，
4 保温1 h后，在硅衬底上得到了无定形硅纳米线。
热蒸发
1 将经过8小时热压的硅靶放于石英管内，其中硅靶中含Si的质量分数是95% 含Fe5%
2石英管的一端持续充入Ar气，于1 200℃热蒸发硅粉
3保温20 h后，可得到硅纳米线
( 文献上说：所得硅纳米线为单晶结构，其生长头部都存在球状颗粒) 还跟环境的压强有关系、
或者以的高纯硅粉，在100℃时压制硅块，制成烧蚀靶，在Ar气中脉冲KrF准分子激光器于1 200℃制备出硅纳米线。
CVD制备纳米线
1．单晶n型硅作为衬底，用清洗剂和乙醇浸泡清洗10分钟
2．然后用去离子水清洗并烘干，随后放入反应室中，
3．通过高温氧化在硅衬底形成一层大约20 nm厚的二氧化硅外层
4．反应室内真空度低于0．001 Pa时，将Fe沉积到硅衬底表面(膜厚度为O.5到5 nm左右)
5．然后将制备好的硅衬底放入等离子增强化学气相沉积室中(室内压力为40～240Pa 射频功率为10 w)，在380℃时沉积硅烷数小时制备出了单晶硅纳米线。
SiO-Au法制备硅纳米线
SiO ⁃Au 法制备硅纳米线潘国卫∗(浙江大学物理系,杭州310027)摘要在低真空的CVD 系统中直接热蒸发SiO 粉末并以金为催化剂在硅衬底上制备出大量长达几十微米的硅纳米线(SiNWs),通过X 射线衍射谱(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射仪(SAED)和Raman 光谱等技术对硅纳米线进行形貌及结构分析.实验结果表明,在不同生长温度下制备得到的硅纳米线质量不同,其中在700℃温区生长的硅线质量最好;与晶体硅Raman 的一级散射特征峰(TO)520.3cm -1相比,纳米硅线的Raman 特征峰(TO)红移至514.8cm -1.关键词：SiO ⁃Au 法,硅纳米线(SiNWs),制备中图分类号：O649Silicon Nanowires Produced by SiO ⁃Au MethodPAN,Guo ⁃Wei ∗(Department of Physics,Zhejiang University,Hangzhou310027,P.R.China )AbstractLarge ⁃scale silicon nanowires (SiNWs),which consist of a crystalline silicon core and a thick oxide shellwith a length of tens of micrometers,were synthesized by evaporation of silicon monoxide (SiO)using a gold ⁃coated silicon wafer as substrate in a low vacuum CVD system.The morphology and structure of the nanowires were inspected and analyzed by X ⁃ray diffraction(XRD),field ⁃emission scanning electron microscopy (FESEM),transmission electron microscopy (TEM),selected electron diffraction (SAED),and Raman spectroscopy.The experimental results indicated the quality of silicon nanowires (SiNWs)varied with different growth temperatures,and it was found that the SiNWs produced at 700℃zone had a well ⁃crystallized pared with the Raman peak of the first ⁃order transverse optical phonon mode (TO)at 520.3cm -1for bulk silicon,the corresponding peak for as ⁃grown SiNWs redshifted to 514.8cm -1.Keywords ：SiO ⁃Au method,Silicon Nanowires (SiNWs),Preparation[Note]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )September Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2006,22(9)：1147~1150Received:January 20,2006;Revised:April 5,2006.∗Correspondent,E ⁃mail:zjupgw@;Tel:0571⁃87951593.国家自然科学基金(50272057)资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica由于硅在微电子产业中起着至关重要的作用,它的纳米结构如多孔硅[1]、纳米颗粒[2]、纳米线[3]及纳米管[4]将是产生新一代纳米电子和纳米光子器件的基石.硅纳米线(SiNWs)具有优异的物理、化学和机械性能,其巨大的潜在应用价值得到广泛的关注.因此,制备硅纳米线显得格外重要.到目前为止,已经发展了多种制备硅纳米线的方法,如传统的光刻法[5]、基于VLS 机理准分子激光烧蚀法[6]、化学气相沉积法[7],氧化铝模板法[8]、氧化物辅助法[9],热蒸发法[10].其中热蒸发法比较简单,不需SiH 4、H 2等易燃易爆有毒气体,直接在高温下蒸发硅氧化物就可以合成硅纳米线,其缺点是硅线的直径难以控制,而传统的CVD 法具有通过控制催化剂的颗粒大小方便地控制硅线直径的优点.近年来,香港城市大学李述汤研究组将热蒸发法和金催化剂相结合(称之为SiO ⁃Au 法)成功地制备了硅纳米线[11⁃13].有力地证明了使1147Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao),2006Vol.22用SiO作为硅源,同样可以使用金属催化剂来控制硅纳米线的直径.本文通过类似的方法在镀金的硅衬底上制备了大量的硅纳米线,不同的是我们在较低的温度(1050℃)热蒸发SiO并在较低的真空系统(50Pa)中制备获得结构良好的硅纳米线,这对未来大量生产一维纳米材料无疑是有益的.1实验部分实验装置(如图1)为一低真空的管式炉系统,它由一个平放的长为75cm管式炉、直径5.5cm长150cm的石英反应管、旋转式真空泵、流量计和混气筒组成,这套装置真空度可达50Pa.首先将电阻率约为0.01赘·cm的n型(100)硅片切割成约1.5 cm×1.5cm的小片,然后按如下步骤处理:(1)在5% HF溶液中漂洗5min,取出用去离子水充分冲洗;(2)在NH3·H2O∶H2O2∶H2O体积比为1∶1∶6溶液中80℃处理15min,取出用去离子水充分清洗;(3)在HCl∶H2O2∶H2O体积比为1∶1∶6的溶液中80℃处理15min,取出用去离子水充分清洗;(4)在5%HF溶液中漂洗5min,取出用去离子水充分冲洗后晾干.然后把处理后的硅衬底放在磁控溅射系统中镀上5 nm厚作为催化剂的金膜.再将氧化硅粉末置于石英舟中并放在石英反应管温度最高的中央位置,把四个镀上金的硅衬底沿气流方向依次放置在温度逐渐降低的区域.当石英反应管的真空抽到50Pa时,以15℃·min-1的升温速率把系统加热到1050℃之后,维持系统压强5000Pa使其反应4h.其间在温度升至300℃时,氩气和氢气分别以150mL·min-1和60mL·min-1的流量作为载气和还原气体通入反应腔内.最后待炉管冷却后拿出硅片,发现硅片表面覆盖一层浅黄色的物质.样品分别进行X射线衍射谱(XRD:Rigaku,D/MAX2550PC)、场发射扫描电子显微镜(FESEM, FEI,Sirion)、透射电子显微镜(TEM,JEM⁃2010,JEOL)和Raman光谱(Nicolet Almega)测定.在TEM测定前,需把样品放在酒精溶液中进行超声30min处理后取少量溶液淀积在覆盖有碳膜的铜网上进行观测.2结果与讨论在600℃到1000℃的反应温区内,发现700℃温区制备得到的硅纳米线样品质量最好.图2a是该样品SEM照片,从图中可以看出,以金为催化剂在700℃温区下在硅片上生长出大量的硅纳米线, SEM照片也表明硅纳米线长度可达几十微米,直径在15nm与50nm之间.TEM观测进一步表明,大多数硅线直径分布比较均匀,大致在30nm左右,如图2b所示.图2c为选区电子衍射(SAED)照片,清晰的衍射斑点表明硅线结晶度较好,从图2c的SAED数据分析可以知道主要生长晶向为Si(111).图3为700℃温区在硅片上沉积的纳米硅线XRD图,从图3的XRD数据中可以看出,Si(111)、Si(220)、Si(311)、Si(400)以及Si(331)等峰均在样品中出现并且显示出比较高的强度,这就揭示出该纳米硅丝样品具有理想的晶体结构,与以上SAED图图1制备硅纳米线实验装置示意图Fig.1Schematic diagram of the experimentalapparatus for SiNWsgrowth 图2金为催化剂700℃温区在硅片上沉积的纳米硅线SEM(a)、TEM(b)和SEAD照片(c) Fig.2SEM(a),TEM(b),and SEAD(c)images of the SiNWs on gold⁃coated substrate at about700℃1148No.9潘国卫：SiO ⁃Au 法制备硅纳米线中分析的情况一致.同时也观测到微弱的二氧化硅SiO 2(111),SiO 2(200),SiO 2(022),SiO 2(141)等峰.为进一步分析硅纳米线的结构,对样品进行了HRTEM 观测,如图4所示.从图中容易看出这是典型的核壳结构的硅纳米线[12],硅线直径大约45nm,其中硅芯直径为21nm,晶格清晰,SiO 2层厚大约12nm .这样我们就在低真空CVD 系统中成功制备出了高质量的硅纳米线,与文献[12]报道的制备纳米硅线需要高真空系统不同,这对今后大规模生产硅纳米线无疑是有益的.由进一步的分析可知,这主要是系统中通入的氢气起了抑制纳米硅线的氧化作用以及氢原子对Si —Si 键很强的插入作用,从而有利于硅纳米线的生长.图5为700℃温区下生长的硅纳米线的Raman 光谱,其一级振动模位于514.80cm -1(TO)和二级声子振动模(2TO)[14]位于966.07cm -1.从图中高强度、高对称性以及宽度狭窄的特征峰来看,进一步表明该纳米硅线的直径分布非常均匀,并且质量也相当好.另外也可注意到,相对于块体硅的一级振动模(TO)峰位520.30cm -1,纳米硅线中相应的峰位产生了5.50cm -1红移.参考Piscanec 等[15]的工作,红移的原因应该是纳米线尺寸造成的声子限域效应,以及激发光在探测区域对样品的局部加热导致温度上升造成的非简谐效应共同作用的结果.前者造成的红移量应该小于1cm -1,更多的红移量应该归因于局部激光加热导致的非简谐效应.另外,为了得到温度对硅线生长的影响,通过场发射扫描电子显微镜FESEM 观测了不同温区下沉积得到的硅线图像,如图6所示,可以看出样品质量随着温度的变化有显著的不同.700℃温区下制备的硅线质量最好(图6c),太高的温度或太低的温度下制得的硅线质量较差(图6b 、6d).极高的温度下没有制得硅线(图6a),极低的温度下也没有制得硅线.为了解释实验中纳米硅线生长质量与温度的依图3金为催化剂700℃温区在硅片上沉积的纳米硅线的XRD 图Fig.3XRD spectrum of the SiNWs on gold ⁃coatedsilicon substrate at 700℃图4纳米硅线的HRTEM 照片Fig.4HRTEM image of aSiNW图5700℃温区下生长的纳米硅线的Raman 光谱Fig.5Raman spectrum of the SiNWs at 700℃图6不同温度下制备SiNWs 的FESEM 照片Fig.6FESEM images of the SiNWs prepared atdifferent temperature zones(a)1000℃;(b)800℃;(c)700℃;(d)600℃1149Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao),2006Vol.22赖关系,考虑如下一种可能的生长机理.首先,当衬底的温度加热到600~700℃时,5nm 厚的金膜分解成20~50nm的金颗粒,金颗粒与硅衬底中的硅原子将形成共熔液滴.当SiO的温度加热到1050℃时,亚稳态固态SiO在高温下被蒸发出来在载气中形成非晶态SiO纳米团簇,这些团簇随着载气的流动被带到低温区的衬底上,当它碰到硅金共熔液滴时将按如下反应方程式发生歧化反应: 2SiO(邙)=Si+SiO2.接着是分解出来硅原子不断融入到硅金液滴中,同时SiO2由于密度低而被排出至共熔液滴的侧面形成SiO2层.随着SiO团簇不断在液滴上发生反应,共熔液滴中的硅达到过饱和并在液滴底部析出并重结晶,歧化反应生成的SiO2沿着液滴扩散至析出的硅晶体外侧,从而形成核壳结构的硅纳米线.而当温度极高时,SiO从固态直接变为稳定的气体状态,因而不能在衬底上发生歧化反应[12],从而限制了硅线的生长.当温度很低时,气态的团簇直接从气态固化也不能发生如上歧化反应[16].因此纳米线只有在合适温区中才能生长.3结论运用SiO⁃Au法以金为催化剂在硅衬底上合成了大量硅纳米线(SiNWs),并对样品进行了X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(FESEM)、选区电子衍射仪(SAED)、透射电镜(TEM)和Raman光谱等表征.结果表明:制备高质量的纳米硅线无需高真空系统,硅纳米线的形貌和结构与生长温度密切相关.引用VLS生长机理对硅纳米线生长过程与温度的依赖关系作了详细解释.References1Canham,L.T.Appl.Phys.Lett.,1990,57:10462Furukawa,S.,Miyasato,T.Phys.Rev.B,1988,38:57263Morles,A.M.;Lieber,C.M.Science,1998,279:2084Sha,J.;Niu,J.J.;Ma,X.Y.Adv.Mater.,2002,14:175Liu,H.I.;Maluf,N.I.;Pease,R.F.W.Sci.Technol.B,1992,10: 28466Zhang,Y.F.;Tang,Y.H.;Wang,N.Appl.Phys.Lett.,1998,72: 18357Zhang,Y.;Zhang,Q.;Wang,N.Cryst.Growth,2001,226:185 8Zhang,X.Y.;Zhang,L.D.;Meng,G.W.;Li,G.H.;Phillipp,N.Y.J.;Phillipp,F.Adv.Mater.,2001,13:12389Zhang,R.Q.;Chu,T.S.;Cheung,H.F.;Wang,N.;Lee,S.T.Mater.Sci.Eng.C,2001,16:3110Yu,D.P.;Bai,Z.G.;Ding,Y.;Hang,Q.L.;Zhang,H.Z.;Wang, J.J.;Zou,Y.H.;Qian,W.;Xiong,G.C.;Zhou,H.T.;Feng,S.Q.Appl.Phys.Lett.,1998,72:345811Zhang,R.Q.;Lifeshitz,Y.;Lee,S.T.Adv.Matter.,2003,15:645 12Kolb,F.M.;Hofmeister,H.;Scholz,R.;Zacharias,M.;Gösele,U.;Ma,D.D.;Lee,S.T.J.Electrochem.Soc.,2004,151:G47213Yao,Y.;Li,F.H.;Lee,S.T.Chem.Phys.Lett.,2005,406:381 14Kanemitsu,Y.;Uto,H.;Masurnoto,Y.;Matsumoto,T.;Futagi,T.;Mimura,H.Phys.Rev.B,1993,48:282715Piscanec,S.;Cantoro,M.;Ferrari,A.C.;Zapien,J.A.;Lifshitz,Y.;Lee,S.T.;Hofmann,S.;Robertson,J.Phys.Rev.B,2003,68:24131216Hass,G.J.Am.Ceram.Soc.,1950,33:3531150。
原位生长硅纳米线的制备及其性能评价研究
原位生长硅纳米线的制备及其性能评价研究随着纳米技术的发展和应用，硅纳米线作为一种重要的纳米材料在生物医学、光电子学、传感器等领域得到了广泛的研究和应用。
原位生长硅纳米线是指通过在硅衬底上进行热氧化处理，在一定条件下形成硅纳米线。
本文将介绍硅纳米线的制备以及性能评价的相关研究。
一、制备原位生长硅纳米线的方法原位生长硅纳米线的制备方法有很多，其中比较常用的是热氧化法和蒸发法。
1、热氧化法这种方法是在硅衬底上进行高温制备。
首先，在硅衬底上沉积一层金属催化剂（如金、钯、镍等）。
然后，在氧化氮气的混合气氛下对硅衬底进行高温处理。
在催化剂的作用下，硅表面被氧化，形成了一层二氧化硅的表面层。
在一定条件下，热氧化反应会发生扩散，形成硅纳米线。
2、蒸发法这种方法是将硅片放置在真空腔内，在一定温度下进行蒸发生长，生成硅纳米线。
和热氧化法不同的是，这种方法不需要金属催化剂，在高温下硅片表面会自然地扩散形成硅纳米线。
二、原位生长硅纳米线的性能评价硅纳米线作为一种新型的纳米材料，具有很多优异的性质。
下面将介绍硅纳米线的主要性能评价。
1、光电性能硅纳米线具有优异的光电性能，可以作为传感器、太阳能电池等电子器件的基础材料。
研究发现，硅纳米线的光电转换效率比传统硅材料更高，这是由于硅纳米线的结构特殊，具有更大的表面积和光吸收能力。
2、力学性能硅纳米线的弯曲强度和硅单晶相当，但其断裂强度却相对较小，其中原因是硅纳米线的较小直径、大比表面积和形成的多晶结构导致空洞和缺陷数量增多，这对其力学性能产生了很大的影响。
3、化学性能硅纳米线具有较好的化学稳定性，这是由于其表面具有一层致密的SiO2薄膜。
同时，硅纳米线也具有一定的生物相容性，可以用于生物医学领域的研究。
三、硅纳米线的应用前景硅纳米线在未来的应用前景非常广阔。
其具有优异的电子、光电、力学和化学性能，在新型的纳米材料、能源材料、生物医学材料等领域都具有广泛的应用前景。
其中，硅纳米线在传感器领域应用最为广泛，可以用于气体、压力、温度、湿度等传感器的制备。
以单质硅或气体硅源制备硅纳米线的工艺流程
以单质硅或气体硅源制备硅纳米线的工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!硅纳米线是一种在纳米尺度下具有特殊性能的材料，其制备工艺十分关键。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.结语
硅纳米线近年来成为了研究热点之一, 并在大量制备硅纳米线的制备技术及生长机 理的研究方面取得了较大的进展。目前制备的硅纳米线直径一般在数纳米至数十纳米之 间, 长度可达到微米级。在取得喜人成果的同时，我们面临的主要问题是大而这些问题近年来在逐步得到解决或 者说取得相应进展。而最终能否将这一新材料广泛用于人类社会的建设当中，还得靠在 座的各位的共同努力，衷心希望我亲爱的老师、同学们，能在以后的科研、学习中，能
目前正在尝试用来制造新一代的“逻辑门”电路、计数器电路等，市场前景最看
好的是用其制造太阳能电池板。一般的单晶硅太阳能电池板在太阳光这的波段的反射
率高达35%，而在试验中，硅纳米线却能是反射率下降至5%以下，可以极大地提高太
阳光的利用率，从而提高太阳能发电的效率。作为一种新材料，在具有极大市场和研
究潜力的情况下，它的生产制备却是一个不小的问题。接下来，我们来了解一下它的 制备方法。
2.制备方法
针对这种新材料，科学家们发现了很多种不同的制备方法，例如激光烧蚀法、
气相沉积法、热蒸发法、溶液法、硅衬底直接生长法、电化学法等等，但这些方法 在实验室中虽然能够成功的制备出硅纳米线，但在实际的工业生产中，都有或多或 少的问题。例如，激光烧蚀法作为首先能够大量制备硅纳米线的方法, 具有工序简 单, 产品产量较大、纯度高、直径均匀等特点, 但设备昂贵, 产品成本较高;化学气 相沉积法则在生产设备成本上降低较多, 但直径分布范围较大 , 纳米粒子链状纳米 线所占比例增大。针对这种现象，近年来，科学家开始研究一种名为 MACE，即金属
的快，因此 AAO 孔所在处刻蚀慢，形成 SiNWs 阵列。
3.相关影响因素
在 CMACE 法制备硅纳米线阵列过程中，通过氧刻参数与聚苯乙烯球直径来控制硅
纳米线的直径。随着氧刻功率或时间的增加，聚苯乙烯球直径显著减小；氧气压对聚 苯乙烯球直径的影响不明显。随着刻蚀溶液中氢氟酸（HF）或者双氧水(H2O2)的浓度 增加，刻蚀速率增大。为了获得结构好的纳米线，需要选择合适的溶液浓度来控制刻 蚀速率。随着刻蚀时间的增加，硅纳米线的长度增加；且在刻蚀条件相同时，制备直 径越粗的硅纳米线刻蚀速率越快。
具体反应式为： 阴极反应：
阳极反应：
总反应：
2.2制备原理
空位
贵金属
基体硅
反应过程如图 上所示：（1）在贵金属表面处，氧化剂被优先催化还原，产生空穴。（2）空穴通 过金属颗粒注入到与之接触的硅中。（3）在贵金属和硅接触的界面处，注入的空穴将硅氧化成 SiO2然
后溶解于 HF 溶液中。（4）金属与硅接触的地方空穴溶度最高，腐蚀速度最快。因此，与贵金属接触的
结构。这是MACE法的雏形。
2002年，科学家通过改进的实验方法，第一次制造出晶片级的SiNWs 阵列。所用
的试剂为硝酸银和氢氟酸。虽然制备出硅纳米线，但试验中析出的银枝晶会影响到阵
列的有序性，即无法得到整齐的硅纳米线，为此，他们再一次改进实验方法。将一步
法变成两部法：即先用无电化学沉积法制备 Au 或 Ag 颗粒层，然后用 HF+H2O2或 HF+ Fe(NO3)3溶液对硅片进行刻蚀形成 SiNWs。他们对反应的机理做出了解释：Ag 纳米颗 粒与周围的 Si和反应溶液构成了一个短路的原电池，Si 作为阳极，Ag 作为阴极。
在这个领域取得大的进展，服务我们的社会主义现代化建设！
谢谢观看！
硅纳米线的制备
小组成员： 主讲人：
一、简介
纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在 100 纳米以下（纵向没有限 制）的一维结构。悬置纳米线指纳米线在真空条件下末端被固定。典型的纳米线 的纵横比在1000以上，因此它们通常被称为一维材料。在电子，光电子和纳米电 子机械器械中，纳米线有可能起到很重要的作用。它同时还可以作为合成物中的 添加物、量子器械中的连线、场发射器和生物分子纳米感应器。硅纳米线是一种 新型的一维半导体纳米材料，线体直径一般在10 nm 左右，内晶核是单晶硅，外 层有一SiO2 包覆层。
有模板的地方形成柱状结构。
PS球
银薄膜
硅基体
类似的利用多孔阳极氧化铝（AAO）模板制备了直径 8-15nm 的 SiNWs。其过程如图所示：（1）在
硅衬底上制AAO/PS 复合层，带有 10-350nm 直径孔的 AAO 层可以方便的通过阳极氧化铝来制备；（2）
聚苯乙烯（PS）层用来稳AAO 层，可通过在空气中加热到 400℃去除。（3）溅射镀银；（4）HF+H2O2 溶液中刻蚀，AAO 层被 HF 去除，因而覆盖 AAO 膜的银网直接和硅接触；由于银网的催化速度比银颗粒
催化化学刻蚀法。下面我们详细了解下这种方法。
2.1基本反应原理
MACE 法源自于人们对湿法清洗硅片的研究。早在 1990年，欧米等人研究硅片 上超细金属颗粒在使用 HF 和 H2O2对硅片进行湿法清洗时的作用，他们认为金属 具有辅助催化刻蚀的的作用。随后，博恩将这种方法命名为金属辅助催化化学刻 蚀（MacEtch）。他们发现溅射在硅衬底上的金属（如 Au，Pt，Au/Pd 合金）薄 层可以催化硅在 HF， H2O2和 乙醇 混合溶液中的刻蚀反应，形成多孔或者柱状
硅比没有贵金属覆盖的硅被腐蚀速度快。（5）如果贵金属/硅界面处空穴的消耗速度小于空穴的注入速 度，空穴将会从与贵金属接触的硅中扩散到侧壁或者无金属的地方，从而形成微孔硅。
在 MACE 方法中，也可以结合模板精确的控制纳米线的尺寸和分布。Huang等人先 在硅衬底上自主装一层聚苯乙烯（PS）球单层，然后通过 RIE （反应离子刻蚀） 刻蚀 降低球的直径来形成模板。热蒸发一层贵金属层并在 HF+H2O2溶液中刻蚀形成SiNWs 阵 列，过程如图所示。此方法中，PS 球模板使硅和贵金属催化剂分离从而阻止刻蚀，使