一维纳米硅材料制备和性能地研究.pdf

浙江大学博士学位论文摘要近年来,一维纳米半导体材料由于其特殊的物理性质被人们广泛地研究。而作为现代微电子产业基础的硅材料,其一维纳米尺寸(纳米硅线、管)的材料制各和性能研究更是引起了人们的兴趣。本论文通过CVD、热蒸发等方法,制各了有序化自组装纳米硅丝阵列、不同直径纳米硅丝、纳米硅管等一维纳米材料。并且通过SEM、FESEM、TEM、HRTFN、SAED、XRD 等测试手段,对纳米硅材料进行了形貌和结构分析;此外,还通过Raman散射、FTIR 红外分析、PL荧光光谱分析等仪器,对纳米硅丝的光学性能进行了分析。本论文主要结论如下所述: 自组装阵列化纳米硅丝:论文采用NCA氧化铝模板,并结合CVD技术,成功制备出了高度阵列化排列的纳米硅丝。通过结构分析,这些整齐排列的纳米硅丝晶体质量良好,其生长方向主要为Si(111)晶向。纳米硅丝的直径可以通过调节NCA纳米孔的直径大小来调节,一般为10—100nm之间;其长度可以通过调整不同的模板厚度以及生长时间来改变。同时论文研究了对低温生长的原生纳米硅丝在高温下长时间退火,得到了结晶理想的纳米硅丝结构。硫化物辅助法生长纳米硅丝: 论文提出利用硫化物辅助制备纳米硅丝的新方法。该方法通过高温热蒸发硫单质或者硫化物,用硅片作为衬底反应而成。其特点是纳米硅丝的硅源不是来自硅烷或者硅氧化物,而是来自硅衬底本身。该方法制备简单,并且硫在其生长过程其起到辅助作用,但最后生成气体消失,不会对硅丝造成污染,并且硅源直接来自于利。底本身,减少了制各流程。结合纳米硅丝的生长过程,论文提出了一种硫化物辅助生长机理。 CVD和NCA氧化铝模板技术制各多晶纳米硅管:论文利用CVD和NCA氧化铝模板技术,制备出纳米硅管。尽管人们对纳米硅管进行过理论上的分析,但是dj于其结构上的限制,在实验中很难被合成出来。论文利用VLS机理,加上氧化模板中纳米孔的限制作用,在CVD系统中成功地合成出了纳米硅管结构。通过EDX能谱测试,该结构主要为 sj和少量氧组成;其直径大约为50—lOOnm,这与NCA模板纳米孔的直径有关:通过HRTEM 观察,其晶体结构为部分结晶,一般为多晶和非晶相结合的结构。纳米硅丝的一级Raman散射、付立叶红外(FTIR)及荧光光谱(PL)研究:论文研究了纳米硅丝的光学性质,结合考虑温度效应的声子限域模型,对纳米硅丝的一级 RamanTO散射峰进行了理论计算,并与实验结果进行了对比。研究发现,考虑温度效应的纳米硅丝一级RamanTO峰与实验吻合的比较一致。据此认为,纳米硅丝的Ran]an峰与体硅相比的偏移,主要由激光发热引起纳米硅丝内部温度升高,以致其混乱度增加,导致其峰位发生红移;同时发现,对于直径为’30hm和’】OOnm纳米硅丝的Jeaman峰位却没浙江大学博士学位论文有发现有明显的移动,因此推出:由于尺寸减小造成的声子限域效应,对于其一级Raman 散射T0峰来说,并不起主要作用,而是处于次要的地位。此外,经过一定的激光照射以后,纳米硅丝的晶体质量也有了一定的提高。硷文利用混乱模型,分析了纳米硅丝的付立叶红外(FTIR)光谱。指出:随着纳米硅丝晶体质量的提高,其与硅晶格有关的峰强度会增加;而随着纳米硅丝外层氧化物厚度的城小,其与氧有关的三个主要峰强度会降低。同时我们发现纳米硅丝中与氧有关的峰(主要为1080cml)与硅片表面氧薄膜的峰位基本类似。论文还研究了纳米硅丝荧光光谱(PL),认为:550hm左右的发光峰可能与氧的存在有关;而600nm左右的峰与硅本身的性质有关,可能会与硅丝中的缺陷有关。关键词纳米硅丝,化学气相沉积,VLS机理,Raman散射浙江大学搏士学位论文 Abstract Recently,one‘-dimensional nano-materials especially semiconductors ate being studied fortheirpotential physical silicon is animportant material inpresent interestinsynthesis and characteristic ofone—dimensional (nanowires(SiNWs),silicon nanotubes(SiNTs))is alsoraised. Inthispaper,we synthesized some one—dimensional nano··materials including the silicon nanowires withorderly array,different diameters and sili