Si衬底上生长的铁硅化合物结构和取向分析

采用分子束外延法分别在650-920 ℃的Si（110）和920 ℃的Si（111）衬底表面生长出铁的硅化物纳米结构,并主要分析了920 ℃高温下纳米结构的形貌、组成相及其与Si 衬底的取向关系. 扫描隧道显微镜（STM）研究表明,920 ℃高温下,Si（110）衬底上生长的铁硅化合物完全以纳米线的形式存在,且其尺寸远大于650 ℃低温下外延生长的纳米线尺寸;Si（111）衬底上生长出三维岛和薄膜两种形貌的铁硅化合物,其中三维岛具有金属特性且直径约300 nm、高约155 nm,薄膜厚度约2 nm. 电子背散射衍射研究表明920 ℃高温下Si（110）衬底上生长的纳米线仅以β-FeSi₂的形式存在,且β-FeSi₂相与衬底之间存在唯一的取向关系：β-FeSi₂（101）//Si（111）;β-FeSi₂ [010]//Si[110];Si（111）衬底上生长的三维岛由六方晶系的Fe₂Si 相组成,Fe₂Si 属于164 空间群,晶胞常数为a=0.405 nm,c=0.509 nm;与衬底之间的取向关系为Fe₂Si（001）∥Si（111）和Fe₂Si[120]//Si[112].     

锰的硅化物薄膜在Si(111)-7×7表面的固相反应生长

利用超高真空扫描隧道显微镜(STM)对沉积在Si(111)-7×7重构表面上的锰薄膜在300-650℃之间的固相反应进行了研究.锰原子最初在Si(111)衬底上形成锰的纳米团簇的有序阵列,经过300℃退火后,锰纳米团簇的尺寸增大并且纳米团簇阵列由有序变为无序;当退火温度达到400℃左右时,锰纳米团簇与硅衬底发生反应生成富锰的三维岛状物和由MnSi构成的平板状岛;500℃退火后生成物全部转变为MnSi平板状岛;650℃退火后生成物则由MnSi平板状岛全部转变为富硅的不规则的大三维岛,同时被破坏的衬底表面重新结晶形成7×7结构.     

预沉积Ge对Si(111)衬底上SSMBE外延生长SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术, 在Si(111)衬底上预沉积不同厚度(0、0.2、1 nm)Ge, 在衬底温度900 ℃, 生长SiC单晶薄膜. 利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)、原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等实验技术, 对生长的样品进行了研究. 结果表明, 预沉积少量Ge(0.2 nm)的样品, SiC薄膜表面没有孔洞存在, AFM显示表面比较平整, 粗糙度比较小, FTIR结果表明薄膜内应力比较小. 这说明少量Ge的预沉积抑制了孔洞的形成, 避免衬底Si扩散, 因而SiC薄膜的质量比较好. 没有预沉积Ge的薄膜, 结晶质量比较差, SiC薄膜表面有孔洞且有Si存在. 然而预沉积过量Ge (1 nm) 的样品, 由于Ge的岛状生长,导致生长的SiC表面粗糙度变大, 结晶质量变差, 甚至导致多晶产生.     

直流电弧自催化合成β-SiC纳米线

采用C,Si和SiO₂为反应原料,利用直流电弧法制备出长直的β-SiC纳米线。纳米线的直径为100～200 nm,长度为10～20 μm,并且沿着<111>方向生长。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微术(SEM)、透射电子显微术(TEM)、拉曼光谱等手段,对β-SiC纳米线进行表征。探讨了β-SiC纳米线自催化气-液-固(VLS)生长机制。     

采用高分子自组装ZnO纳米线及其形成机理

介绍了一种能在各种晶面的硅衬底上制备垂直于衬底取向生长的ZnO纳米线阵列的新方法. 该法采用高分子络合和低温氧化烧结反应, 以聚乙烯醇(PVA)高分子材料作为自组装络合载体来控制晶体成核和生长. 首先通过PVA侧链上均匀分布的极性基团羟基(—OH)与锌盐溶液中的Zn²⁺离子发生络合作用, 然后滴加氨水调节络合溶液pH值为8.5±0.1, 使络离子Zn²⁺转变为Zn(OH)₂, 再将硅片浸入此溶液中, 从而在硅衬底表面得到较均匀的Zn(OH)₂纳米点, 随后在125 ℃左右Zn(OH)₂纳米点通过热分解转化为ZnO纳米点, 其后在420 ℃烧结过程中衬底上的ZnO纳米点在PVA高分子网络骨架对其直径的限域下逐渐取向生长成ZnO纳米线, 并且烧结初期PVA碳化形成的碳通过碳热还原ZnO为Zn, 再在氧气氛中氧化为ZnO的方式在纳米线顶端形成了催化活性点, 促进了纳米线顶端ZnO的吸收. 烧结后碳逐渐氧化被完全去除. 采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM, HR-TEM)和X射线衍射(XRD)对纳米线的分析结果表明, ZnO纳米线在硅衬底上分布均匀, 具有六方纤锌矿结构, 并且大多沿[0001]方向择优取向生长, 直径为20～80 nm, 长度可从0.5至几微米. 提出了聚合物控制ZnO结晶和形貌的网络骨架限域模型以解释纳米线的生长行为.     

以光辅助MOCVD法在有取向Ni衬底及LAO单晶衬底上制备YBCO外延膜的比较研究

采用光辅助金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法,在生长有CeO2/YSZ/Y2O3(YSZ为Y稳定的ZrO2)缓冲层的双轴取向Ni衬底上进行了YBa2Cu3O7-x(YBCO)外延膜生长,并与LaAlO3(100)[LAO(100)]单晶衬底上的YBCO外延膜生长进行了对比.发现在Ni衬底上c轴取向YBCO外延膜的生长温度比LAO衬底上的生长温度低约30℃,但生长速度更快.经分析认为,这种差别主要是由于Ni衬底的热导率比LAO衬底高造成的.Ni衬底及LAO衬底上生长的c轴取向YBCO外延膜的超导极限电流密度(Jc)分别约为0.5 MA/cm2及1.8 MA/cm2.     

聚合物前驱体热解制备SiC纳米线研究

采用催化剂辅助聚合物前驱体热解工艺制备出宏量碳化硅纳米线(Si CNW),研究了基底材料、热处理温度及催化剂加载量等参数对所制备Si CNW微观结构形貌的影响规律.借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)等分析测试手段对Si CNW的晶体结构和微观形貌进行表征,并分析了其生长机制.研究结果表明:制备的Si CNW为面心立方单晶结构的β-Si C,平均直径约为400 nm.随着热处理温度的提高,Si CNW的形貌由弯曲状生长转变为直线状生长,纳米线的直径也随之增加,在高温出现链珠状形貌纳米线;随着催化剂加载量的增加,纳米线的直径逐渐提高,产量却有所减小.纳米线的生长过程主要遵循VLS机制.当热解温度为1 600℃,基底材料为碳纤维布,催化剂加载量为5%(质量分数)时制备的Si C纳米线的直径、数量和分布状况较为理想.     

利用Pd催化合成单晶GaN纳米线的光学特性(英文)

基于金属元素钯具有的催化特性,采用射频磁控溅射方法,在Si(111)衬底上沉积Pd:Ga2O3薄膜,然后在950℃下对薄膜进行氨化,制备出大量GaN纳米线.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等技术手段对样品的结构、形貌和成分进行分析.结果表明,制备的样品为具有六方纤锌矿结构的单晶GaN纳米线,直径在20-60nm范围内,长度为几十微米,表面光滑无杂质,结晶质量较高.用光致发光光谱对样品的发光特性进行测试,分别在361.1、388.6和426.3nm处出现三个发光峰,且与GaN体材料相比近带边紫外发光峰发生了较弱的蓝移.对GaN纳米线的生长机制也进行了简单的讨论.     

云母晶面上准外延生长的胶原蛋白纳米线阵列的性质研究

胶原蛋白纤维与同样具有周期性结构表面的羟磷灰石等矿物质晶体能够通过多种作用在介观尺度上相互识别,从而有效地进行规范骨骼、牙齿等器官生长的生物矿化.在本研究中,反相利用生物矿化原理,开发出一种与热壁外延生长(Hot wall epitaxy)技术效果相似的生物大分子纳米线阵列的简单制备技术,成功地将5～10 μg/mL的天然I型鼠尾胶原蛋白单体溶液在云母晶体的(001)晶面上培育成取向单一且长程有序的胶原蛋白纳米线阵列.原子力显微镜实验结果表明,纳米线阵列随胶原蛋白单体浓度增大而变得致密,但是单条纳米线的宽度与高度较为稳定,分别约为60.0和1.5 nm.有纳米线覆盖的云母晶面亲水性好,晶面接触角由25.8°降为9.5°.基于电子背面散射衍射和透射电子显微镜的分析表征结果,纳米线的取向应沿云母[110]方向, 更详实地验证了胶原蛋白纳米线的准外延生长机理.     

PbTe(111)薄膜的分子束外延生长及其表面结构特性

采用分子束外延(MBE)方法在Ba F_2(111)衬底上直接外延生长了Pb Te薄膜。反射高能电子衍射(RHEED)实时监控的衍射图样揭示了Pb Te在Ba F_2(111)表面由三维生长向二维生长的变化过程。转动对称性的研究结合第一性原理密度泛函理论(DFT)的计算揭示了在富Pb及衬底温度(Tsub)为350°C的生长条件下,得到的Pb Te(111)薄膜具有稳定的(2×1)重构表面。Pb Te(111)-(2×1)表面覆盖Te膜后,通过300°C的退火处理,重构表面可完全复原,这为大气环境下Pb Te薄膜表面结构的保护提供了有效的方法。     

Self-aligned Submonolayer Cobalt Silicide Formation Studied by Variable Temperature Scanning Tunneling Microscopy in UHV System

Epitaxial growth of defect free metal silicides with high thermal stability is important to ultra large scale integration devices (ULSI)^[1]. Cobalt silicide has been used as an interconnect in CMOS devices due to its low resistivity and good thermal stability^[2] and excellent lattice match between cobalt silicide and silicon^[3,4]. In the present work, we have investigated epitaxial growth of ultra-thin cobalt layer (ca. 10 Å) by electron beam evaporation of cobalt on Si(111) (7×7) surface followed by thermal annealing up to 700℃ in UHV system. The morphologies and the surface structures of epitaxial silicide formation were investigated by using scanning tunneling microscopy (STM). Adlayer structures of Co silicide after annealing were observed to coexist as the closely and loosely packed clusters at 230℃ separated by a boundary. A new structure with ring-like clusters has (l×l) configuration with 3.5 A spacing between hollows of vicinal clusters at 400℃. Si-rich CoSi₂ surfaces terminated by Si bilayers showed (2×2) structures after annealing at 480℃, in which Si-rich CoSi₂ clusters were observed to be very mobile at room temperature. As the surface was annealed to above 500℃, The domain island became regular triangles, where atomic resolution of the l×l surface of CoSi₂(111) were readily discernable. CoSi₂(111) surface is suggested to be terminated by a Si-bilayer.     

熔铁催化剂还原过程的原位XRD研究及活性相的形成机理

选择Fe1-xO基和Fe3O4基氨合成熔铁催化剂ZA-5和A110, 采用XRD原位反应器模拟真实的还原条件进行原位XRD实验. 通过对还原过程的物相跟踪分析和对前驱体、活性相的XRD微结构动态演化分析表明, ZA-5和A110的还原温度区间分别为300~362 ℃和343~450 ℃, 前者比后者具有更快的还原速度及更低的还原温度; ZA-5和A110在(211)和(110)方向的晶粒度比值(D₍₂₁₁₎/D₍₁₁₀₎)分别为0.7014和0.8631, ZA-5催化剂具有更好的高活性(211)晶面, 其活性相微观应力明显比A110大, 且随着温度升高逐渐减小; 采用Rietveld全谱拟合结构分析和Popa模拟技术对活性相晶形进行模拟, 得到A110活性相晶形为凹陷立方体, ZA-5为立方体和球形的混合晶形, ZA-5的高活性晶面(111)和(211)晶面比A110生长更好; ZA-5催化剂活性相晶形从低温的类八面体向高温球形演化, 在355 ℃时有比较完善的八面体晶形, 此温度下(111)晶面生长得最好; ZA-5催化剂活性相与前驱体的八面体晶形结构匹配性好, 比A110更容易还原.     

Structural and Optical Properties of ZnO Films with Different Thicknesses Grown on Sapphire by MOCVD

IntroductionZnOis one of the most promising materials for pro-ducing ultraviolet laser at room temperature because ofits wide direct band gap(Eg=3.37eV)and large ex-citonic binding energy of60meV.Recently,much at-tention has been paid to short-wavelength …     

SIMS study of semiconductor-oxide-metal structure: AuSiOxSi(111) and AlSiOxSi(111)

The SIMS technique was employed to analyze the structures AuSiO_xSi(111) and AlSiO_xSi(111) formed by a low-temperature surface treatment of Si(111) (T < 550 K) in the preparation of ionizing radiation sensors. The effects of the surface modification by boron on the formation of the surface layer and on characteristics of interfaces between Si(111)-SiO_x and Au-SiO_x or Al-SiO_x, respectively were further investigated. The formation of structures similar to silicides - Au_kSi_l and Al_mSi_n, respectively - was observed and the effect of the degree of the modification with boron on the formation of surface substructures was demonstrated. A particular attention was paid to hydrogen complexes present in the oxide layer and in the structures ≡Si-H, ≡Si-OH and Si-B-H. The results are discussed from the standpoint of possible surface and subsurface processes occuring in the structures studied, and they are also evaluated in connection with measured electric and detection characteristics of the sensors prepared.     

Fe3O4 (111)|(110)和(001)表面结构的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论对Fe₃O₄ (111),(110)和(001)的表面结构及稳定性进行了研究。Fe₃O₄ (111)表面有六种不同的终结形式,其中以四面体或八面体铁层终结的结构最稳定。对于(110)和(001)表面而言,分别有两种终结,且能量相近。计算结果与实验结果非常吻合并且合理解释了实验结果的争议性和复杂性。表面自由能的计算表明,(111)表面在热力学上不如(110)和(001)表面稳定,它的形成应该是动力学控制过程。     

Study of the supported zirconocene catalysts by means of UV/vis and DRIFT spectroscopy

UV/vis in diffusion reflection mode (DRS) and DRIFT spectroscopy have been used to study the surface zirconocene species formed at the interaction of Me₂Si(Ind)₂ZrCl₂ and Me₂Si(Ind)₂ZrMe₂ complexes with the MAO/SiO₂ support. Effect of additional activation of these catalysts with TIBA has been studied as well.

Structure of type [Me₂Si(Ind)₂ZrMe]⁺[MeMAO]⁻ (C) is formed at the reaction of Me₂Si(Ind)₂ZrMe₂ complex with MAO/SiO₂ (a.b. at 456 nm in UV/vis spectra). Interaction of this complex with TIBA results in the formation of new structure (D) with a.b. at 496 nm in UV/vis spectra.

The surface species of different composition and structures are formed at interaction of Me₂Si(Ind)₂ZrCl₂ complex with MAO/SiO₂. The ratio between these species depends on the zirconium content in the Me₂Si(Ind)₂ZrCl₂/MAO/SiO₂ catalysts. According to the DRIFTS data (CO and ethylene adsorption) and ethylene polymerization data these catalysts contain active ZrMe bonds but activity of these catalysts at ethylene polymerization is low. Interaction of Me₂Si(Ind)₂ZrCl₂/MAO/SiO₂ with TIBA leads to the formation of the new cationic structure of type (D) with a.b. at 496 nm in UV/vis spectra and great increasing of activity at ethylene polymerization.     

Mo/Fe3O4(111)表面对燃煤烟气汞吸附的密度泛函研究

利用CASTEP软件包采用密度泛函理论计算研究了过渡金属Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对Hg~0、HgCl和HgCl_2的吸附特征,分析了Mo掺杂前后Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面上不同汞物种的吸附形态。结果表明,Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对HgCl和HgCl_2为化学吸附,而对Hg~0的吸附为物理吸附;与纯净表面相比,HgCl在Mo原子掺杂表面上的吸附能提高了40%-66%。HgCl_2在纯净Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面形成"M"形结构;而掺杂Mo原子后,由于Cl原子与Mo原子之间更强的相互作用,使得HgCl_2发生了完全解离,两个Cl原子分别与Mo原子和Fe原子成键吸附在表面,Hg脱附。相关研究结果可为脱除燃煤烟气中的汞提供一定的理论指导。     

用于生物柴油清洁生产的磁性固体催化剂CaO/MgO/Fe_3O_4

制备了具有磁性和催化活性的双功能催化剂CaO/MgO/Fe3O4,用于催化花生油酯交换制备生物柴油的清洁生产过程。对CaO/MgO/Fe3O4进行了XRD、TEM、FT-IR和磁性等表征分析,探讨了CaO/MgO/Fe3O4催化剂的重复利用性能。结果表明,用Mg(Ac)2溶液等体积浸渍磁性基质Fe3O4,在N2气氛中600℃焙烧2 h,可得到具有磁性的载体5%MgO/Fe3O4;再用Ca(Ac)2溶液等体积浸渍MgO/Fe3O4,并在N2气氛中700℃煅烧,得到具有磁性且催化活性较高的催化剂10%CaO/MgO/Fe3O4。该催化剂具有核壳结构,磁核平均直径约为35 nm。在催化剂用量10%,醇油摩尔比12∶1,反应温度65℃,反应2 h的条件下酯交换转化率可达90%以上。在磁场的吸引下该催化剂能快速与反应体系分离,催化剂回收率达90%。但CaO/MgO/Fe3O4重复利用性能较差,其原因是在搅拌反应过程中催化活性组分逐渐从催化剂上脱落所致。     

Scanning tunneling microscopy study of fullerenes

Scanning tunneling microscopy investigations of adsorption and film growth of various fullerenes on semiconductor and metal surfaces are reviewed. The fullerenes being studied are C₆₀, C₇₀, C₈₄, Sc@C₈₂ and Y@C₈₂ and the substrates being used for adsorption are Si (111), Si (100), Ge (111), GaAs (110), GaAs (001), Au (111), Au (110), Au (100), Cu (111) and Ag (111) surfaces.