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Si纳米线的固—液—固可控生长及其形成机理分析

作　者: 范志东
导　师: 彭英才
学　校: 河北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: Si纳米线 Au催化 Al催化固-液-固生长机制结构表征光致发光
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以Au或Al膜作为金属催化剂,基于固-液-固(SLS)生长机制,直接从n-(111)单晶Si衬底上生长了具有一定直径、长度和密度分布的Si纳米线(SiNWs)。实验研究了催化剂膜层厚度、生长温度、气体流量和生长时间等工艺条件对Si纳米线生长的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量损失谱(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)对Si纳米线的形貌、组分和生长晶向进行了分析表征。结果表明,制备高密度、大面积和分布有序Si纳米线的典型工艺条件为:Au或Al膜厚度为5-10nm,生长温度为1100℃,N2或Ar气流量为1.5 L/min和生长时间为60min。其Si纳米线的直径约为50-300nm,长度为数微米到数十微米,甚至有的可达几个毫米。采用Xe灯在室温条件下测量了Si纳米线的光致发光(PL)特性,发现在400-480nm波长范围有一个强蓝光发射带,其峰值波长约为420nm。从微观组织热力学、晶体生长动力学角度定性分析了Au-Si共晶液滴的形成、Si纳米线的生长机理。分析指出,Si纳米线生长的过程主要为:金属催化剂的沉积,Au-Si共晶液滴的形成,Si在合金中的偏聚,成核并分离析出以及Si纳米线的生长。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 Si纳米线的研究现状  9-12
    1.1.1 Si纳米线的制备  9-11
    1.1.2 Si纳米线的物理特性  11-12
  1.2 Si纳米线的器件应用  12-14
  1.3 本课题的研究意义  14-15
  1.4 本研究采取的实验方法  15-16
第2章实验方法  16-19
  2.1 实验方法  16-17
    2.1.1 金属催化剂的沉积  16
    2.1.2 高温退火  16-17
  2.2 结构表征  17-19
    2.2.1 α-台阶仪测量  17
    2.2.2 SEM测试  17
    2.2.3 EDS测试  17-18
    2.2.4 XRD测试  18
    2.2.5 PL测试  18-19
第3章 Au催化Si纳米线的固-液-固生长及其结构表征  19-28
  3.1 不同工艺条件对Si纳米线生长的影响  19-25
    3.1.1 Au膜厚度对Si纳米线生长的影响  19-20
    3.1.2 退火温度对Si纳米线生长的影响  20-21
    3.1.3 N2气流量对Si纳米线生长的影响  21-22
    3.1.4 生长时间对Si纳米线生长的影响  22-23
    3.1.5 不同气体对Si纳米线生长的影响  23-24
    3.1.6 不同衬底对Si纳米线生长的影响  24-25
  3.2 Si纳米线的结构表征  25-28
    3.2.1 Si纳米线的XRD和EDS表征  25-27
    3.2.2 Si 纳米线的 PL 特性  27-28
第4章 Al催化Si纳米线的固-液-固生长及其结构表征  28-35
  4.1 不同工艺条件对Si纳米线生长的影响  28-32
    4.1.1 退火温度对Si纳米线生长的影响  28-29
    4.1.2 Al膜厚度对Si纳米线生长的影响  29
    4.1.3 不同气体对Si纳米线生长的影响  29-30
    4.1.4 Ar气流量对Si纳米线生长的影响  30-31
    4.1.5 表面粗糙度对Si纳米线生长的影响  31-32
    4.1.6 不同衬底对Si纳米线生长的影响  32
  4.2 Si纳米线的结构表征  32-35
    4.2.1 Si纳米线的XRD和EDS表征  32-34
    4.2.2 Si纳米线的PL特性  34-35
第5章 Si纳米线的SLS生长机制分析  35-43
  5.1 Si纳米线的SLS生长机制  35-41
    5.1.1 二元相图  35
    5.1.2 SLS生长机制分析  35-40
    5.1.3 SLS生长机制与VLS生长机制的区别  40-41
  5.2 Si纳米线的可控生长  41-43
第6章结论  43-45
参考文献  45-49
致谢  49-50
硕士研究生在读期间发表的论文  50

Si纳米线的固—液—固可控生长及其形成机理分析

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