硅纳米线的PEOVD生长研究

硅纳米线 的 Ｐ Ｃ Ｅ ＶＤ生 长 研 究
中氩气用 作保 护气体 和载体， 气体流 速控制 在
重要的促进生 长作 用。 通过进一步研究 硅纳米晶体 、 纳米线 的等 离子增 强化学 气相 生长机 理 ， 发现 它们
以 气 一 一固 （ Ｓ 机 制 生 长 。 液 ＶＬ ）
关
键
词 ： 纳米线 ； Ｅ Ｖ ＶＬ 硅 Ｐ Ｃ Ｄ￣ Ｓ机制 ； 催化剂 ； 硅纳米 晶粒
文献标识码 ： Ａ
中 图 分 类 号 ０ ４ ２ ７
第 ２ ３卷
第 ２ 期
大
学
物
理
实
验
Ｖ０ ３ Ｎｏ ２ Ｌ２ ．
Ａｐ ． ０ ０ ｒ２ １
２１ ０ ０年 ４月
ＰＨ ＳＩ Ｙ ＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩ ＥＮＴ ） ＬＢＧＥ Ｍ ｏＦ Ｃ（ Ｌ
文 章 编 号 ：０ ７２ ３ （０ ０ ０ —０ ７０ １０ —９ ４ ２ １ ）２０ ２—４
硅 纳 米 线 的 Ｐ ＯＶ 生 长 研 究 Ｅ Ｄ
徐 泓， 宋经 纬 ， 周 祥 ， 吴金 姿 ， 陈忠 平 ， 锡 英 马
（ 兴文理学 院 ， 江 绍 浙 绍兴 ３２０） １ ０ ０
摘
要： 本文 以硅烷 （ ｉ ＳＨ ）为反应气体 ， 用等离子体 化学气相沉 积（ Ｅ ＶＤ） 利 ＰＣ 方法 在硅 （０ ） １０ 衬
众 所周 知 ， 是微 电子 器 件 中应用 最 广 泛 的 硅 半导 体 材料 ， 但块 体 硅材 料禁 带宽 度 窄 ， 光效 率 发
低 ， 能应 用 于光 电子 器 件 。 不 由于 硅纳 米材 料 的量
线 ［ ； 以金 属作 催 化剂 ， 用 Ｐ Ｃ Ｄ 法制 备 硅 ８或 应 Ｅ Ｖ 纳米 线 ［ 。 这 些 方 法 中 ， 光烧 蚀 法 虽 简 单 、 ８在 ］ 激 品
米器 件 ｌ 。 在 Ｓ 纳 米 晶体 、 米 线 外 生 长 ｓ０ １如 ］ ｉ 纳 ｉｚ
包覆 层［ ］ 可 在 微 电子 电 路 中 的 逻 辑 门 和 计 数 ２ ， ≈
器、 场发 射器 件等 纳米 电子器 件［ 、 ４ 纳米 传 感 器［ ］ ５ ］
及 辅 助合 成 其 它 纳 米 材 料 的 模 板 ［ ］中得 到 广 泛 应用 。 外 ， 纳米 材料 容 易 与现 有 的硅 微 电 子工 另 硅 业兼 容 ， 而 引起 了人 们极 大 的研 究兴趣 。 从 近年 来 ， 人们 对硅 纳 米材 料 的生长 方法 、 长 生 机理 及其性 能 进行 了一 系列 研 究 ， 现 了多 种 形 发 貌的 硅纳 米结 构 ， 常 见 的结 构 是 纳 米 晶 体 和 硅 最 纳米 线 ， 前者 一般 在） － 到数 百纳 米 ， Ｌｔ 而后 者直 径
底上生长硅纳 米晶体 、 纳米线 。 应用扫描 电镜 观察不 同条 件下 生长 的样品表 面 ， 发现衬 底条 件对硅 纳米 结构的影响十分显 著 。 在温度 、 压强等其它 条件 相同的情况下 ， 对硅衬底应用 Ｆ ３ ｅ ＋催化剂处理后 ， 呈纳米 线状结构生长 ， 而无 Ｆ 催化 剂涂 覆情况下 ， ｅ 基本 呈纳米 晶体状 生长 ， 说明催化剂对 ｓ纳 米线的生成起 了 ｉ
（ ｅ １ ６ ０） 乙醇 溶液 涂覆 ， Ｆ Ｃ ｚ・ Ｈｚ 一 使硅 片上覆 盖 一
般 在 １ ｖ ０Ｄｎ左右 。 ｉ Ｓ 纳米 晶体 、 纳米线 的生 长方
法 很 多 ， 激 光 烧 蚀 法［ 热 蒸 发 法Ｌ 、 学 气 象 如 、 ８化 ］ 沉积 法 ｊ 。 Ｌｅｅ 等用 含有 少量 Ｆ 等 金属 催 ８等 如 ｉ ｒ ｂ ｅ 化 剂 的硅 源作 为 靶 ， Ａｒ 为保 护 气 体 ， 一定 以 作 在
是 在普 通 管 式 炉 中 通 过 控 制 炉 体 的 温 度 来 控 制
Ｓ０ｚ的 升 华 温 度 ，生 长 出 高 度 取 向 的 硅 纳 米 ｉ
收 稿 日期 ： ０ ９１— ５ ２ ０ —０１ 基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ｎ ６７ ６０ ）浙江省新苗计划项 目（ Ｑ２ ０ Ｒ ０ １０ ０ ）绍兴市大学生科技创新计划项 目 Ｎ ０ ７ ０４ ； Ｎ ０ ８ ４Ｇ２ ８０ ６ ；
一பைடு நூலகம்
１ 实
验
实验 采用 Ｐ Ｃ Ｅ ＶＤ为 沈 阳中科 仪 生产 的等 离 子体 化学 气相 沉 积设 备 ， 以硅烷 （ ｉ Ｓｌ ）为反 应气 体 ， （０ ）硅 片 为 衬 底 生 长 硅 纳 米 晶 体 、 米 Ｐ一１ ０ 纳 线 。 先 ， 两 块 相 同 的硅 片用 酒 精 、 酮 超声 波 首 将 丙 清洗 ， 气吹 干后 ， 其 中一 片直 接 放 人 Ｐ Ｃ 氮 将 Ｅ ＶＤ 设 备 的 真 空 室 的 衬 底 台上 ， 一 片 用 氯 化 亚 铁 另
质好 ， 成 本 高 ； 蒸 发 法 对温 度 的 要 求极 高 ； 但 热 化
子 限制效 应 、 库仑 阻塞 效 应等 ， 其具 有与 块 体材 使
料完 全 不 同的光学 、 电学 特性 ， 可用 于 制备 各种 纳
学气 相沉 积 法生 长设 备 简单 、 本较低 ， 成 并适 合 大
量生 长 而受 到人 们 的 广 泛关 注 。 文采 用 化 学 气 本 相沉 积法 ， 过 改变 实验 条件 ， 别生 长 了硅纳 米 通 分 晶体 、 米 线 ， 用 扫 描 电镜 观 察 了样 品表 面形 纳 应 貌 ， 对 纳米 晶体 、 米线 的生 长机 理 做 了讨 论 。 并 纳
温 度下 用 激 光 烧 蚀 获得 了硅 纳 米 线Ｌ 。 蒸 发 法 ７热 ］
层 Ｆ 催 化 剂薄 膜后 再 放 人 真 空 室 。 后 ， 次 开 ｅ 然 依 机械 泵 、 分子 泵对 真空 室抽 真 空 ， 至本底 真空 达 到
１ 一Ｐ 、 度达 到设 定温 度 ４ ０℃ 时 通人 反 应气 ０ ａ温 ０ 体 。 通氩 气 随后 通入 硅烷 ， 积 比大 于 ２：ｌ 其 先 体 ，