一維納米硅材料的制備與性能研究.pdf

1、近年來，一維納米半導(dǎo)體材料由于其特殊的物理性質(zhì)被人們廣泛地研究。而作為現(xiàn)代微電子產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的硅材料，其一維納米尺寸(納米硅線、管)的材料制備和性能研究更是引起了人們的興趣。 本論文通過CVD、熱蒸發(fā)等方法，制備了有序化自組裝納米硅絲陣列、不同直徑納米硅絲、納米硅管等一維納米材料。并且通過SEM、FESEM、TEM、HRTEM、SAED、XRD等測試手段，對納米硅材料進行了形貌和結(jié)構(gòu)分析；此外，還通過Raman散射、FTIR紅外分析

2、、PL熒光光譜分析等儀器，對納米硅絲的光學(xué)性能進行了分析。本論文主要結(jié)論如下所述： 自組裝陣列化納米硅絲：論文采用NCA氧化鋁模板，并結(jié)合CVD技術(shù)，成功制備出了高度陣列化排列的納米硅絲。通過結(jié)構(gòu)分析，這些整齊排列的納米硅絲晶體質(zhì)量良好，其生長方向主要為Si(111)晶向。納米硅絲的直徑可以通過調(diào)節(jié)NCA納米孔的直徑大小來調(diào)節(jié)，一般為10-100nm之間；其長度可以通過調(diào)整不同的模板厚度以及生長時間來改變。同時論文研究了對低溫生

3、長的原生納米硅絲在高溫下長時間退火，得到了結(jié)晶理想的納米硅絲結(jié)構(gòu)。 硫化物輔助法生長納米硅絲：論文提出利用硫化物輔助制備納米硅絲的新方法。該方法通過高溫?zé)嵴舭l(fā)硫單質(zhì)或者硫化物，用硅片作為襯底反應(yīng)而成。其特點是納米硅絲的硅源不是來自硅烷或者硅氧化物，而是來自硅襯底本身。該方法制備簡單，并且硫在其生長過程其起到輔助作用，但最后生成氣體消失，不會對硅絲造成污染，并且硅源直接來自于襯底本身，減少了制備流程。結(jié)合納米硅絲的生長過程，論文提

4、出了一種硫化物輔助生長機理。 CVD和NCA氧化鋁模板技術(shù)制備多晶納米硅管：論文利用CVD和NCA氧化鋁模板技術(shù)，制備出納米硅管。盡管人們對納米硅管進行過理論上的分析，但是由于其結(jié)構(gòu)上的限制，在實驗中很難被合成出來。論文利用VLS機理，加上氧化模板中納米孔的限制作用，在CVD系統(tǒng)中成功地合成出了納米硅管結(jié)構(gòu)。通過EDX能譜測試，該結(jié)構(gòu)主要為Si和少量氧組成；其直徑大約為50-100nm，這與NCA模板納米孔的直徑有關(guān)；通過HRT

5、EM觀察，其晶體結(jié)構(gòu)為部分結(jié)晶，一般為多晶和非晶相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。 納米硅絲的一級Raman散射、付立葉紅外(FTIR)及熒光光譜(PL)研究：論文研究了納米硅絲的光學(xué)性質(zhì)，結(jié)合考慮溫度效應(yīng)的聲子限域模型，對納米硅絲的一級RamanTO散射峰進行了理論計算，并與實驗結(jié)果進行了對比。研究發(fā)現(xiàn)，考慮溫度效應(yīng)的納米硅絲一級RamanTO峰與實驗吻合的比較一致。據(jù)此認(rèn)為，納米硅絲的Raman峰與體硅相比的偏移，主要由激光發(fā)熱引起納米硅絲內(nèi)部

6、溫度升高，以致其混亂度增加，導(dǎo)致其峰位發(fā)生紅移；同時發(fā)現(xiàn)，對于直徑為～30nm和～100nm納米硅絲的Raman峰位卻沒有發(fā)現(xiàn)有明顯的移動，因此推出：由于尺寸減小造成的聲子限域效應(yīng)，對于其一級Raman散射TO峰來說，并不起主要作用，而是處于次要的地位。此外，經(jīng)過一定的激光照射以后，納米硅絲的晶體質(zhì)量也有了一定的提高。 論文利用混亂模型，分析了納米硅絲的付立葉紅外(FTIR)光譜。指出：隨著納米硅絲晶體質(zhì)量的提高，其與硅晶格有關(guān)