基于气-液-固模式的Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的生长研究概述

Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线由于具有独特的性能、丰富的科学内涵而被广泛应用于微机电、光电子、光伏电、传感等方面,并在未来纳米结构器件中占有重要的战略地位,近年来引起了人们极大的兴趣和关注。探索Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线新的结构调控手段,研究具有重要应用价值的Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的可控生长方法和技术,从而获得可应用于器件和功能实现的高质量Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线是目前各研究组的主要目标。基于气-液-固模式的纳米线生长方法具有对纳米线形貌及晶体质量可控的优点,成为当前制备高质量Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的主要生长技术。催化辅助生长是一种有金属催化剂参与的纳米线生长方式,它可以有效降低反应物裂解能量、提高材料成核质量、控制材料生长方向、提高反应效率、稳定材料晶体结构。自催化生长是指在纳米线生长过程中不添加其他物质作为催化剂,而由反应物自身起催化作用的生长。由于自催化生长在反应过程中未引入其他物质,所以生成物纯度较高。Ⅲ-Ⅴ族异质结构半导体纳米线常具有两种半导体各自不能达到的优良光电特性,其又可划分为纵向异质结构和横向异质结构。Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线除了可以在与其自身材料相同的基底表面上生长之外,还可在与其材料不同的基底表面上生长,即在异质基底表面生长。异质基底生长在材料兼容、光电集成等方面具有十分广阔的应用前景。本文对基于气-液-固模式的Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的生长进行了综述,并对近些年基于催化辅助和自催化的纵向异质结构、横向异质结构以及异质基底的成长研究现状进行了总结,为推动Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线制备技术的发展提供了参考依据。

SiO_x纳米线的热蒸发法制备及表征

采用活性炭还原SnO2粉末得到的金属锡作为催化剂,在硅片上生长出SiOx(x在1～2之间)纳米线.分析900℃～1 100℃下生长出来的SiOx纳米线发现,温度越高,纳米线越密集,表面也更光滑;分析不同温度梯度下生长出来的纳米线表明,硅片上温度梯度越小,生长的纳米线分布越均匀,直径也越均匀.并结合实验条件对SiOx纳米线的生长机理进行初步探讨.

非晶SiO_2纳米灯笼的制备和表征

在1000℃用活性炭把二氧化锡粉末还原成单质锡,锡作为催化剂,硅片作为硅源同时作为收集衬底,在硅片上制备出了非晶SiO2纳米灯笼.灯笼的一端连在硅片上,另一端为一个锡球,中间是一些圆弧状的SiO2纳米线把两端相连.纳米灯笼具有良好的对称性.利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)和HRTEM自带的能谱分析仪(EDS)对样品的表面形貌、微观结构和成分进行了分析研究.结果表明,灯笼中SiO2纳米线为非晶态,结点是晶态锡,结点表面覆盖一层非晶态的硅的氧化物.结合实验条件对纳米灯笼的生长机理进行了讨论,提出了纳米灯笼生长的一个模型.

项链状AlN纳米线的化学气相沉积法制备及生长机制

采用催化剂辅助化学气相沉积法,在高温下使铝粉与氮气直接发生反应,合成出普通AlN纳米线,长约数十微米,直径为10～20nm。通过调整加热温度和保温时间,制备出项链状AlN纳米线,长约1～5nm,直径为10～100nm。微观形貌、微结构分析和晶体几何学计算表明项链状AlN纳米线的表面由六方AlN结构中的{1011}晶面组合而成。提出了一种基于气-液-固模式与气-固模式的协作生长机制来解释这种新颖的项链状AlN纳米线的形成。