硅纳米线的制备技术

硅纳米线作为一种新型的一维纳米材料,在纳米电子器件、光电器件及集成电路方面具有很好的应用前景.介绍了硅纳米线在制备方面的国内外研究现状与进展,重点讨论了基于金属催化气-液-固(VLS)生长机理、氧化物辅助生长机理的硅纳米线制备及模板法等制备硅纳米线的研究成果、特点及生长机理.与金属催化VLS生长机理相比,氧化物辅助生长硅纳米线不需要金属催化剂,能避免金属污染,保证了硅纳米线的纯度,因而是今后深入研究的方向.     

SiC纳米线的制备研究现状与展望

综述了近年来围绕SiC纳米线制备所做的一些工作.介绍了基于VLS、SLS、氧辅助生长机制和利用模板等制备SiC纳米线的一些方法,并就纳米线的性能和应用研究给出了今后SiC纳米线可控制生长应开展的研究工作,对SiC纳米线的制备研究工作进行了展望.     

用催化剂控制硅纳米线直径的研究

本文研究了固－液－固（SLS）生长机制中催化剂与硅纳米线直径的关系。发现Si片上沉积的催化剂厚度和种类对硅纳米线的直径都有一定的影响，当使用Ni做催化剂时，硅纳米的直径与Ni膜厚度有关。其中硅纳米线的最大直径随催化剂厚度减小而减小，但最小直径基本不改变，当用Au做催化剂时，硅纳米线的平均直径和直径分布最小（10nm-20nm）。但硅纳米的直径不随Au膜厚度减小而减小。     

一种链珠状SiO2纳米线的制备及分析

实验通过硅粉和氯化钙盐高温处理, 以熔融CaCl₂高温下产生的蒸气作为特殊的蒸发载体, 在1300℃条件下通过热蒸发法在石墨基板表面获得了具有草坪状排列的特殊形状的纳米线。系列测试分析表明, 该纳米线的直径为50~400 nm, 长度约为几个微米, 且为面心立方结构。另外, 系统分析显示传统的纳米线生长模型如气-液-固(VLS)生长机制不能很好地解释该二氧化硅纳米线在石墨纸上的生长过程, 本文提出的一种增强的气-液-固生长机制, 可以很好地解释上述纳米线的生长过程。     

二氧化锡纳米线的生长机理研究

使用水平石英管式电炉，以二氧化锡和石墨的混合物为原材料、高纯氮气为载气，在850℃温度下用直接热蒸发法制备二氧化锡纳米线．衬底硅片的直径为10mm，其上覆盖一层5nm厚的金催化剂．原材料放在石英舟中，离原材料30mm的下风口处放置硅衬底，原材料和硅衬底都放置在石英管的中部电炉的恒温区内．用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察到二氧化锡的纳米线结构；X射线衍射（XRD）表明二氧化锡纳米线具有四方金红石结构；选区电子衍射（SAED）照片表明二氧化锡纳米线具有完善的晶体结构．不同生长时间下制备样品的扫描电子显微镜和透射电子显微镜照片再现了二氧化锡纳米线的生长过程，该纳米线的生长符合传统的VLS生长机制．     

气-液-固法在半导体纳米线生长中的应用

气-液-固法(VLS)是目前生长各种准一维纳米结构的主要工艺技术.本文首先介绍了VLS的生长原理,然后以生长机制为主线,着重评论了近3-5年内它在ZnO、GaN、Si以及SiC等纳米线及其阵列合成中应用的某些新进展.最后提出了改进VLS方法的几项措施,并展望了它的今后发展趋势.     

配合物热分解制备氮化镓纳米线及其生长机理研究

报道了利用VLS生长机制,在NH3气氛中,由配合物GaCl3·NH3在高温下热分解反应成功制备了GaN纳米线,利用X射线衍射(XRD)、高分辨电镜(HRTEM)、X射线能谱(EDS)等分析手段对产物进行了表征,并对氮化镓纳米线的VLS生长机理进行了探讨。     

针尖状SiC纳米线的合成与机理分析

采用热蒸发硅的方法,于1650℃反应不同的时间,在聚丙烯腈(PAN)碳纤维上原位生长碳化硅纳米线。通过X射线衍射,场发射扫描电镜及透射电子显微镜分析和观察,发现制得的产物为β-SiC单晶纳米线,具有明显的针尖状头部,且呈放射状生长在碳纤维上,形成试管刷状阵列。基于在反应不同阶段所得到产物的不同形貌,结合对制备条件和制备原料的分析,提出不同于传统VLS机理的VL’S机理。     

Si纳米线的生长机制及其研究进展

si纳米线及其阵列是近年内新发展起来的准一维半导体光电信息材料,在场效应器件、单电子存储器件、光探测器件、场发射器件、纳米传感器件和高效率发光器件以及集成技术中具有潜在的应用.本文以气-液-固(VLS)生长机制为主线,介绍与评论了近5年来Si纳米线在制备与合成技术方面所取得的一些最新进展.其主要内容包括Si纳米线的各种金属催化生长和氧化物辅助生长,最后指出了今后该研究的发展方向.     

GaN纳米棒的制备及机理研究

本文分别用三甲基镓和高纯蓝氨作为Ga源和N源,Ni(NO3)2作为催化剂,在Si(111)衬底上制得针尖状GaN纳米棒.测试结果表明制备的GaN纳米棒是沿<100>方向生长的纯六方相结构.通过对生长过程的分析,我们认为GaN纳米棒的生长过程不仅受到VLS机制的控制,而是多种生长方式共同作用的结果.在反应的初期,GaN纳米棒的生长遵从VLS机制;但是随着GaN纳米棒轴向和径向的生长,GaN纳米结构中纳米棒端部的Ni催化剂纳米球会被"挤"出顶部,在较大的气流流速下被吹落至衬底上,失去催化剂诱导作用的纳米棒随后自行外延生长;而吹落至衬底上的Ni催化剂纳米球成为第二次生长有利的形核位置,且再次生长出粗短的纳米棒.因此不同生长机制得到的GaN纳米棒交织在一起,形成了最终的GaN纳米结构.     

氧化物包覆金属复合纳米粒子的形成机制及稳定性研究

在传统的“汽-液-固（VLS）”生长机制的基础上，提出了“定量氧辅助汽-液-固（SOA—VLS）”生长机制，解释了氧化物包覆金属复合纳米柱子的形成机制和过程，并利用直流电弧等离子体法制备出多种氧化物包覆金属复合纳米粒子，如氧化硅包覆、氧化硼包覆、氧化钛包虔和多种稀土氧化物包覆的金属纳米壳／核结构复合粒子。本文着重介绍了氧化硼包覆金属复合纳米粒子的结构特征，以及温度敏感特性和酸碱腐蚀性。     

热蒸发铜粉法制备硅纳米线的研究

研究发现,热蒸发铜粉即可在硅衬底上直接生长出硅纳米线.场发射电子扫描电镜和透射电镜分析表明,纳米线的形貌、结构及生长机制,随沉积区域的不同而变化.在高温沉积区,硅纳米线高度弯曲且相互缠绕,按气-液-固机制生长;在低温沉积区,高度定向生长的直硅纳米线,规整地排列在硅衬底表面,其生长机制是氧化辅助生长机制.     

壳肱型金属纳米胶囊的制备及性能研究

利用直流电弧等离子法，制备不同“核／壳”型结构的复合纳米胶囊。首先，对Ni（C）纳米胶囊的微观结构和吸波性能进行研究，发现由于存在合适的电磁匹配，多重极化效应和强的自然共振吸收等现象，样品具有优良的电磁波吸收性能。其次，根据对Co（SiO2）纳米胶囊微观结构和形成机理的分析，在传统的VLS生长机制的基础上，首次提出了“定量氧辅助VLS（SOA-VLS）”理论，该理论对制备不同“核／壳”型纳米胶囊提供了一个新的途径。     

硅基径向纳米线阵列的制备及其机理研究

采用金属辅助化学刻蚀(MACE)的方法在硅衬底上制备出尺寸可控、表面光滑的硅纳米线阵列.利用扫描电子显微镜等检测仪器对所制备的硅纳米线样品进行了表征,研究了附银时间和双氧水浓度等工艺参数对硅纳米线生长的影响.结果表明,在附银时间为60 s、双氧水浓度为1.0 mol/L条件下,能够得到较为均匀、规则的硅纳米线阵列.此外,探讨了银辅助刻蚀硅纳米线的形成机理.     

图形化硅纳米线阵列的制备

本文主要研究了在常态(常温、常压等)条件下,利用金属催化化学腐蚀方法在硅片表面上大面积制备排列整齐、取向一致的硅纳米线阵列.同时,出于对后续制作硅纳米线传感器考虑,利用微电子标准加工工艺,以氮化硅做掩膜,通过选择合适的实验参数,在硅片表面选择性生长纳米线阵列,得到图形化的硅纳米线阵列.     

Ag(TCNQ)纳米晶须的生长机理

本文采用真空饱和蒸汽反应法在相对较低的温度下制备了一系列一维纳米结构的金属有机配合物Ag(TCNQ).用多晶XRD谱表征了样品的成份和晶体结构,通过SEM观察到了不同生长阶段的形貌.纳米晶须的生长分别经历了溶解、结晶和单向生长三个阶段.在此基础上,利用VLS模型初步解释了其生长机理.     

氧化物辅助生长硅纳米线

氧化物辅助生长机理是近年来在合成硅纳米线的过程中发展起来的一种研究一维纳米材料生长的机理,根据此机理已经制备出了多种一维纳米材料.介绍了氧化物辅助生长机理及其根据此机理制备硅纳米线的制备方法,载气、压力及原料等不同条件对合成硅纳米线的影响等进展情况,并对其发展作了展望.     

单晶α-Si3N4纳米线宏量制备研究

本研究提出了一种宏量制备单晶α-Si₃N₄纳米线的方法。以造粒硅粉为原料, 通过在N₂-H₂混合气氛中直接氮化, 得到具有核壳结构的氮化产物(Si₃N₄纳米线@多孔Si₃N₄微米粉体), 氮化产物经过破碎、研磨、分离后即可获得Si₃N₄纳米线。检测结果表明, 制备的Si₃N₄纳米线直径为80~150 nm, 长径比为20~50, 其中纳米线含量>95wt%, α相/β相比为17.6, 收率为3.1%。进一步研究表明, 原料中微量Fe元素在还原气氛下具有催化作用, 纳米线由典型的气-液-固(VLS)生长机制控制。实验中对原料硅粉造粒后再氮化具有三大优点: 数量级地增大了Si₃N₄纳米线生长空间; 纳米线生长分布集中, 有利于后续高效分离; 显著提高了氮化速率。     

化学气相沉积法制备GaN纳米线及其形貌结构和生长机理研究

采用化学气相沉积(CVD)法,分别以Ni、Au为催化剂,氨化金属Ga制备出GaN纳米线。运用SEM,EDX,TEM等表征手段分析了GaN纳米线的形貌与结构。通过改变氨化温度、生长时间、催化剂、衬底以及Ga源和衬底间的距离等生长条件,研究了其对GaN纳米线形貌和结构的影响,通过分析探讨纳米线的生长过程与机制,得到了生长GaN纳米线的最佳工艺。     

用不同催化剂制备纳米炭纤维的生长机理

研究了以Fe或Ni的催化剂采用有机物催化热解法制备的纳米炭纤维的形貌和结构。发现在两种情况下纳米炭纤维的生长机理安全不同;以Fe为催化剂纳米炭纤维基本符合气-液-固（VLS）催化生长机制（也称溶解扩散机制）,而以Ni为催化剂纳米炭纤维则符合固相催化生长机制。