Bi2O2Se纳米带的气-液-固生长与高性能晶体管的构筑

作为一种具有高迁移率、高空气稳定性和带隙可调的二维材料,纳米硒氧化铋(Bi2O2Se)半导体有望成为未来电子学集成器件和光电子集成器件沟道材料的候选半导体。高质量的Bi2O2Se纳米带有望用于高性能晶体管的构筑;然而,其一维结构的合成方法尚未开发。在我们的研究中,我们在云母衬底上通过Bi催化汽-液-固生长机制合成了一维Bi2O2Se纳米带。合成的Bi2O2Se单晶纳米带的宽度为100 nm到20μm,长度可达亚毫米。再者,Bi2O2Se纳米带可以很容易地利用洁净转移方法被转移到Si O2/Si衬底上,并进一步制备成高性能场效应器件。Bi2O2Se纳米带场效应器件表现出优异的电学性质:室温电子迁移率高达~220 cm2·V-1·s-1,开关比高达>106,10μm沟道长度下电流密度高达~42μA·μm-1。由此说明,Bi2O2Se纳米带有望成为候选材料用于未来高性能晶体管的构筑。

Si纳米线的气-液-固生长与结构表征

以Au膜作金属催化剂、SiH4作为源气体,基于气-液-固（VLS）生长机制在n-Si（111）单晶衬底上制备出了Si纳米线.利用扫描电子显微镜对样品进行了结构表征,Si纳米线的直径为20-200 nm、长度为数微米到数十微米,X射线能量损失谱分析表明所制备的Si纳米线中含有少量的Au元素.讨论了生长温度、SiH4流量、Au膜层厚度和生长时间对Si纳米线的形成与结构的影响.

基于蒙特卡罗方法的纳米线气-液-固生长机制研究

纳米线(NWs)由于其独特的光电性质,已成为新时代信息与能源等技术的重要基础,对其生长机理的研究是当前纳米材料领域的重要课题之一.人们通常通过不同的物理化学过程(如化学沉积、物理沉积、元素合成法等)来描述其生长机理.该文基于蒙特卡罗方法,从概率统计的角度研究NWs气-液-固(VLS)生长机制.研究发现,催化剂液滴在基底上分布的均匀性越好,NWs的生长角度越接近垂直状态.NWs长度对催化剂薄膜厚度十分敏感,随着催化剂薄膜厚度的增加,NWs的长度整体呈增加的趋势,并且对于不同的薄膜厚度,均存在两个概率密度较高的NWs长度.研究工作为理解NWs微观生长机制提供了一种全新的视角,有望为相关NWs生长及其调控提供理论依据.

VLS同质外延6H-SiC薄膜生长的研究

碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体材料,在高温、高频、高功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力。以CH4、SiH4为反应气体,H2为载气,采用化学气相沉积法,利用气-液-固(VLS)生长机理,同质外延6H-SiC薄膜。结果表明,VLS机制能在外延薄膜的表面有效地封闭微管,但是由于n(C)/n(Si)较大,薄膜表面存在大量的台阶。为了进一步改善薄膜表面形貌,采用"两步法"工艺外延SiC薄膜,在封闭微管的同时提高了表面平整度,得到了质量较好的6H-SiC外延薄膜。

气氛对MnCr_2O_4尖晶石纳米线生长的影响

建立了一种在氮气和氢气的还原性混合气氛和1100℃条件下加热商业不锈钢箔(304)制备MnCr2O4尖晶石纳米线的简单方法,并研究了不同气氛对纳米线生长的影响.研究发现,混合气体中氢气含量的变化会影响纳米线的形貌和产率;而氧化性气氛(如空气)下则得不到纳米线.在还原性气氛下,Mn和Cr原子可以和反应室内残留的痕量氧反应生成MnCr2O4尖晶石,而Fe和N i原子不能被氧化,但是Fe和N i可以起到催化纳米线生长的作用,纳米线的生长机理属于自催化性的气-液-固(VLS)机制.

一维ZnE(E=S,Se)网状微米晶须的化学气相合成及生长机理研究

以Zn粉为原料,在CuE(E=S,Se)微米球的辅助下,采用化学气相沉积(CVD)法在Si衬底上成功制备出微米级ZnE(E=S,Se)网状晶须。用XRD,EDS,SEM和PL谱分别对产物的结构、成分、形貌和结晶质量进行了测试和分析。结果表明:生长的ZnS和ZnSe微米晶须均为立方闪锌矿结构,长度达300μm以上,具有接近理想化学计量比的成分和较高的结晶质量。ZnE微米晶须的生长符合氧化还原反应下的气-液-固生长机制,Cu3Zn合金充当了实际的微米晶须生长催化剂,在晶须生长过程中Cu3Zn合金汇聚在一起使ZnE微米晶须形成交叉网状结构。

四针状氧化锌晶须的生长机理

用“时间标尺”实验法测定了T ZnO晶须在不同生长时期的生长速率, 用扫描电镜观察分析了不同条件下晶须的生长形貌。结果表明: T ZnO晶须的结晶作用是气 液 固(VLS)方式, 晶须生长受螺旋生长机理控制; 锌蒸气中产生凝聚生长的锌液滴是制备T ZnO晶须的关键, 锌从液滴内向外扩散在晶须的端面产生生长台阶, 随着液滴内的原子向外不断扩散, 针体部分就不断地伸长生长, 当液滴内的原子全部消耗尽时, 晶须便不再发生轴向生长; 气 固(VS)方式的作用主要是促进晶须棱面生长而使晶须变粗, 对轴向生长几乎没有影响。

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。

用VLS机制制备硅纳米线的生长阶段研究

在镀Ni的Si衬底上用硅烷高温分解的方法由VLS机制制备了硅纳米线，在不同的实验条件下研究了VLS机制生长的三个阶段：结晶阶段、共熔阶段和生长阶段，特殊条件下制备的处于结晶阶段的长度仅几十纳米的硅纳米线显示硅纳米线是从催化剂颗粒中长出来的，观察到的硅纳米线的生长过程说明VLS机制在纳米尺度仍然有效，可用于各种材料纳米线的制备。

ZnO纳米线的自催化生长、微结构和荧光特性

采用高温碳还原ZnO粉末获得了大量直径约为40 nm的ZnO纳米线.通过X射线衍射、光电子能谱、扫描电镜、透射电镜对其微结构特征进行了深入的研究.结果表明ZnO纳米线的生长机理不同于传统的气-固(Vapor-Solid,VS)生长模式,是典型的自催化气-液-固(Vapor-Liquid-Solid,VLS)生长模式,且反应过程中最初形成的液态纳米颗粒在ZnO纳米线的生长过程中起催化剂作用.荧光光谱表明ZnO纳米线中氧空位缺陷密度大,因而具有强可见光发射.

ZnO纳米线的合成与生长机理

采用化学气相沉积系统制备ZnO纳米线，以覆盖一层约5nm厚的Ag薄膜的单晶Si（001）为衬底，纳米线的生长遵循气-液-固（VLS）机理。对得到的样品采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）进行晶体结构和形貌的表征。XRD结果表明衬底温度在600-700℃时生长的ZnO纳米线具有六方结构和统一的取向。通过扫描电子显微镜分析，比较了生长温度对纳米线直径和长度的影响。实验表明我们可以通过催化剂和温度来实现ZnO纳米线生长的可控。与传统的VLS生长方式不同的是在我们制备的ZnO纳米线顶端并没有看到催化剂颗粒，表明纳米线的生长方式是底部生长，我们对其生长机理进行了研究。

纳米ZnO生长及性质分析

利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在表面含有ZnO颗粒作为催化剂的Si(111)衬底上制备了ZnO纳米柱阵列。采用X射线衍射(XRD)、喇曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱分析了样品的晶体结构质量、表面性质和光学性质。结果表明,生长出来的纳米ZnO具有较好的c轴择优取向性。发现氧分压对ZnO纳米柱的生长有重要影响:当氧分压较低时,生长基于VLS机制;当氧分压较高时,生长基于VS机制;通过对N2O流量的控制可实现对ZnO纳米材料的可控生长。

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。

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.

SnO_2纳米结构的制备及发光特性

以Sn为源,在恒温1 000℃条件下,利用碳热蒸发方式,选取不同的退火时间,在溅射Au膜的Si衬底上生长出不同形貌的SnO2纳米结构。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对纳米结构进行表征,结果表明,Si衬底上生长的是具有金红石结构的SnO2纳米结构,此外用光致发光(PL)对样品进行测试,研究其发光特性,发现397 nm的发光峰是由结构缺陷或者发光中心如纳米晶粒和缺陷造成的,585 nm的发光峰是氧空位缺陷引起的。在此基础上对SnO2纳米结构的生长机制进行分析,发现其遵从VLS生长机制。在恒温条件下,退火时间对SnO2纳米结构的形貌有重要影响,因此可以通过选择不同的退火时间实现SnO2纳米结构的可控生长,得到性能良好的纳米结构。