[發明專利]固-液-固相法制備硅納米線

無效

• 申請號: 200910027109.3
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101891198A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 熊長宏
• 申請（專利權）人: 熊長宏
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;B82B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種硅納米線的固-液-固相制備方法。

背景技術：納米科學與技術是一門融合了諸多學科的新興現代高新技術，而納米材料的制備與器件應用的研究是一個重要的發展方向.近年，由于一維納米結構(如納米管、納米桿、納米線和納米帶)的特殊性質和潛在應用，引起了人們的濃厚研究興趣.硅納米線作為一種新型的納米半導體材料，隨著直徑尺寸的減小會呈現出表面效應、量子限制效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應及庫侖阻塞效應等新穎物理特性，由此使得它們在磁、熱、光、電和催化反應等方面具有顯著不同于其它材料的物理性質，因而在光致發光、超大規模集成電路、單電子檢測、光探測器件、納米傳感器等方面具有十分重要的應用。

作為硅納米線的制備方法，大體上可分為物理法、化學法和綜合法.物理法主要包括LAD法、蒸發冷凝法和電弧放電法；化學法主要包括CVD法、溶液反應法、電化學法和聚合法等；綜合法主要包括蒸發懸浮液法和固-液相電弧放電法；而按生長機理劃分主要有VLS，SLS，VSS和OAG機制等其制備方法。

發明內容：本發明的目的是提出一種新的硅納米線的固-液-固相制備方法。

本發明硅納米線的制備方法是：首先在Si襯底沉積一層金屬催化劑；其次，在一定溫度下，不引人含Si源氣體，直接使襯底中的Si和金屬形成共晶液滴；接著，襯底中的Si將通過“固-液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si過飽和，Si將再一次通過“固-液”界面在頂端析出并形成Si納米線。

本發明方法具有設備簡單，容易控制沉積的薄膜組分，可以使制備Si納米線的成本降低很多。

附圖說明：附圖1為發明實施例方法制備的硅納米線的SEM圖。

具體實施方式：下面結合實施例對本發明加以詳細描述。

實施例1：以重摻雜的n-Si(111)晶片作為襯底，在其上熱沉積40nm的Ni層.然后將其置于石英管中，在溫度為950℃和Ar及H₂保護下加熱，冷卻至室溫后在襯底表面形成了一層灰色沉積物。SEM的觀測表明，該產物為高定向的無定形Si納米線，長度和直徑較均勻，分別為1μm和25nm。由于Si襯底被沉積的Ni層所覆蓋，在制備過程中Si氣相可忽略不計，因此可以認為Si源來自于Si襯底。Si₂Ni的共熔點為993℃，然而由于小尺寸顆粒效應，Si₂Ni在993℃以下即可形成。因此，沉積后的Ni薄膜與Si襯底在930℃時發生反應形成了Si₂Ni共熔液滴.因為Si原子在Si₂Ni液相中的溶解度相對較高，則有更多的Si原子通過“固-液”界面而溶解到Si₂Ni液相中，當溶解到Ni中的Si達到過飽和狀態時，則形成了另一個“固-液”界面，從而導致了Si納米線的生長。

實施例2：將物質的量比為1∶l的SiO₂和C粉末混合，利用陰極弧等離子體方法制備出Si納米顆粒，然后把Si納米顆粒溶入到含有Fe(NO₃)₃的酒精溶液中，并使其蒸發濃縮，繼而使干燥的樣品在H₂保護下，于980℃下煅燒制備了Si納米線。

本發明方法制備的硅納米線可廣泛應用在場效應晶體管、場發射器件、太陽電池、傳感器以及集成電子器件等方面。