用VLS方法制备纳米线PPT学习教案

1、会计学1用用VLS方法制备纳米线方法制备纳米线第1页/共28页第2页/共28页第3页/共28页陈翌庆, 张琨, 王兵等, 功能材料J. 2004,35: 2804-2808第4页/共28页Si Si金属催化剂（金属催化剂（NiNi、AuAu、FeFe）共溶阶段共溶阶段结晶阶段结晶阶段生长阶段生长阶段高温下高温下Si Si 过饱和析出并结晶过饱和析出并结晶纳米线纳米线轴向生长轴向生长气相（气相（V Vaporapor）液相液相（L Liquidiquid）固相（固相（S Solidolid）Xing Yingjie, Xi Zhonghe, Xue Zengquan. Vacuum Scienc

2、e and Technology (China) J. 2002,22:33-35第5页/共28页第6页/共28页 Steven M. Roper, Stephen H. Davis et. al., J. Appl. Phys. 102,034304 (2007)VSLVLVVLPPPPsLPP 固液扩散Si0coscossinsinLVLVLSLSSVLVLVLSLSLVLS,界面夹角第7页/共28页 Steven M. Roper, Stephen H. Davis et. al., J. Appl. Phys. 102,034304 (2007)第8页/共28页第9页/共28页第10页

3、/共28页HClgSiHSiCl4)(2241）制备催化剂液滴 将一Au颗粒放置在Si衬底薄片上，加热到950 或者采用Si & Au共沉淀法2）引入H2和SiCl4混合气，高温下反应3）共溶 Si进入合金液滴中，过饱和析出4）生长 Si沿111方向生长纳米线 温度条件不满足时，停止生长 R. S. Wagner and W. C. Ellis, Applied Physics Letters. 4, 5 (1964)有衬底第11页/共28页激光：532nmSi、Fe蒸汽合金纳米团簇纳米线融蒸 靶材Si1-xFex1200过饱和500torr，Ar凝聚Si（V）中止冷端 Alfredo

4、 M. Morales, Charles M. Lieber, Science. 279, 5348(1998)无衬底调节纳米线半径第12页/共28页A. 激光融蒸；B. Si 和 Fe凝聚成液滴；C. Si过饱和并析出；D. Si沿一个方向长成纳米线 Alfredo M. Morales, Charles M. Lieber, Science. 279, 5348(1998)1. 激光；2. 汇聚透镜；3. 靶；4. 控温炉；5. 冷端；6. 气流（Ar）第13页/共28页A)纳米线TEM像 （标尺:100nm）B) Si纳米线的TEM像与衍射像对比（标尺:10nm）C) 高分辨TEM像条件

5、：条件：1200oC， 500-torr Ar flowing50 SCCMPhillips EM420，120KVAlfredo M. Morales, Charles M. Lieber, Science. 279, 5348(1998)第14页/共28页p-Si (111)湿式催化氧化SiO2层及抗蚀层: 870nm通入O21000, 4.5 h清洁衬底光刻表面圆孔阵列多窗口SiO2掩膜HF (缓冲剂)清洗表面覆盖Au薄膜: 50-200nmAu蒸汽微孔中含有Au圆点: 10um高真空GS-MBE炉剥离抗蚀层及表面Au膜退火，700 微孔中: Au-Si液滴汽源: Si2H6(掺B2H6

6、)p-Si纳米线调节B-Si比例生长速率 Md. Shofiqul Islama, et. al., Journal of Crystal Growth 306 (2007) 276282. 第15页/共28页 Md. Shofiqul Islama, et. al., Journal of Crystal Growth 306 (2007) 276282. SiO2Au抗蚀层第16页/共28页Au膜厚度固定: Au直径与Si纳米线直径关系Au直径(孔)度固定: Au膜厚度与Si纳米线直径关系 Md. Shofiqul Islama, et. al., Journal of Crystal G

7、rowth 306 (2007) 276282. 第17页/共28页右图分别是催化剂团簇（Si、Au合金）直径为5、10、20、30nm下得到的Si纳米线直径分布（含氧化物包覆层）条件：100 mTorr, 440C, Ar flow, SiH4 flow for 510 min1080 SCCM(% in He)Yi Cui, Lincoln J. Lauhon, Mark S. Gudiksen, et. Al., APRIL. 78, 15(2001)第18页/共28页第19页/共28页C) B图像黑色窗口的高分辨TEM像（标尺:1nm） Alfredo M. Morales, Charles M. Lieber, Science. 279, 5348(1998)A)纳米线顶部纳米团簇（标尺:9nm） B) Ge纳米线 5.0 0.6 nm（标尺:5nm）条件：靶材Ge0.9Fe0.1，820，300 torr，Ar flowing50 SCCM第20页/共28页Peidong Yang, et. al., Adv. Funct. Mater., 12, 5(2002)第21页/共28页 Peidong Yang, et. al., Adv. Funct. Mater., 12, 5(2002)Si(100)a- plane(110)sapphire第22页/共28页Si