气相法制备ZnO纳米线及其阵列的生长机制

半导体纳米线和纳米棒及其阵列是具有强量子限制效应的一维纳米结构,它们所具有的新颖光学、电学、磁学和力学性质,使其在发光器件、场效应器件、存储器件和传感器件及其集成技术中具有潜在的应用.本文以生长机制为主线,简要介绍了气相法,即采用金属催化剂的气-液-固(VLS)法和不采用金属催化剂的气-固(VS)法,在ZnO纳米线及其阵列结构制备中的应用,评论了近3～5年内它们在这一领域研究中取得的研究进展.讨论了目前存在的问题,并预测了今后的发展趋势.     

在蓝宝石衬底上外延生长ZnGa2O4纳米线及其表征

使用一种简单的化学气相沉积法成功地在c面蓝宝石衬底上外延生长了整齐排列的ZnGa2O4单晶纳米线.研究了在不同生长温度和生长压力下外延生长ZnGa2O4纳米线,并使用XRD,SEM和TEM对产物进行了表征.结果 表明,在生长条件为980℃和100 Torr时,可以外延生长出整齐排列的ZnGa2O4纳米线.所制备的ZnGa2O4纳米线直径为60 ～ 150 nm,并遵循Au催化的VLS生长机制沿其四个结晶学方向在蓝宝石上外延生长.分析了纳米线沿四个方向生长的原因,并对纳米线的光致发光性能进行了探讨.     

硅纳米线的制备及其光学性能的研究

通过金属催化化学刻蚀的方法中的两步法制备出了具有阵列结构的硅纳米线,研究了不同刻蚀条件对硅纳米线形貌的影响,分析了形成不同形貌的原因.测定了不同条件下制备的硅纳米线的光吸收性能,总结了影响光吸收性能的因素和原因,根据硅纳米线的光吸收图求出了硅纳米线的禁带宽度,说明了硅纳米线已经具备不同于硅片的性能.     

纤蛇纹石制备硅纳米线的研究

以天然矿物纤蛇纹石制备的氧化硅纳米线为氧化剂和模板,镁粉为还原剂,采用镁热还原法制备了系列硅纳米线.利用热分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行表征.结果表明:温度对反应产物硅的结构和形貌有显著影响,随着温度的上升,样品的结晶度先减小后增大;在温度650℃条件下硅“继承”了氧化硅纳米线的微观结构,而随着温度升高至700℃纳米线的结构出现坍塌,形成硅纳米颗粒.     

不同生长方向的GaN纳米线的可控制备与性能表征

采用化学气相沉积法,通过改变催化剂和衬底,以Ga2 O3和GaN的混合粉末为镓源制备出了不同生长方向的GaN纳米线,制备的平躺于衬底的GaN纳米线的直径约为60 nm,长度为10 μm到30 μm之间.垂直于衬底的GaN纳米线阵列的直径约为300 nm,长度约为5μm.使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行了分析表征,结果表明所得样品为六方纤锌矿结构的GaN单晶纳米线.通过改变催化剂和衬底等生长条件,研究了衬底和催化剂对纳米线生长方向的影响,为以后的大量制备以及纳米器件的制作提供了依据.     

磷化铟纳米线的溶剂热制备及其表征

以氯化铟和无毒红磷为主要原料,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用溶剂热法低温合成磷化铟纳米线,并用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对所制备产物的结构和形貌进行了分析表征;能谱仪(EDS)和荧光分光光度计对所制备产物的成分,含量和发光性质进行了表征.结果表明:采用该方法制备出的磷化铟纳米线长短不同,最小直径为20 nm.在合适的条件下,改变反应温度、增加反应时间或改变碱溶液都可生长出高品质的磷化铟纳米线.     

预氧化法制备均匀硅纳米线阵列

利用双氧水溶液对硅片表面进行预氧化处理,并用改良的RCA法清洗硅片,结合金属辅助化学刻蚀(MACE)制备硅纳米线阵列(SiNWs).通过表征发现:预氧化清洗相较于传统RCA清洗,能够降低硅片表面微粗糙度,同时提高后续制备的硅纳米线阵列的均匀性.此外,在300～800 nm波段,当硅纳米线的长度相近时,经预氧化清洗制备的硅纳米线阵列反射率降低,当硅纳米线长度为500 nm左右时,反射率降低值大于2.4;.最后分析了均匀硅纳米线阵列的形成机理.     

石英衬底上大晶粒多晶Si薄膜的制备与结构表征

利用高频感应加热化学气相沉积工艺,以H2稀释的SiH4作为反应气体源,在未抛光的粗糙石英衬底上直接沉积制备了具有均匀分布的大晶粒多晶Si膜.采用扫描电子显微镜、X射线衍射和可见-紫外分光光度计等检测手段,测量和分析了沉积膜层的表面形貌、晶粒尺寸、择优取向与光反射等特性.结果表明,多晶Si膜中Si晶粒的尺寸大小和密度分布不仅与工艺参数有关,而且强烈依赖于衬底的表面状况.1000℃下沉积薄膜的平均晶粒尺寸为～3μm,择优取向为<111>晶向.反射谱测量表明,920℃下制备薄膜的反射率比1000℃下制备的更低,最低值达18.4;,这应归功于前者具有更大的表面粗糙度.     

不同衬底制备硅薄膜的微结构研究

本文用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在普通玻璃衬底、未织构的氧化锌掺铝(AZO)覆盖的普通玻璃衬底和石英衬底上室温下制备了微晶硅薄膜.然后用快速光热退火炉(RTP)在600℃下对样品进行了7min的退火处理, 借助Raman和SEM对退火前后硅薄膜微结构进行了研究,并用声子限域理论和纳晶表面效应对实验现象进行了分析.结果表明:(1) 薄膜沉积过程中,衬底结构对薄膜微结构有重要影响,相对来说石英衬底上沉积的硅薄膜最容易晶化,其次是玻璃衬底,再其次是未织构的AZO覆盖的玻璃衬底.初步分析认为,主要是因为衬底的无序结构与硅的晶体结构的失配程度不同造成的影响;(2)退火后,薄膜晶粒尺寸均增大.进一步推测, AZO薄膜微结构随退火的变化将导致硅薄膜微结构受到牵连影响.     

Si和6H-SiC衬底上β-FeSi2薄膜的制备

以6H-SiC (0001) Si面和Si(100)为衬底,采用磁控溅射Fe-Si合金靶和Si靶两靶共溅射的方法,并经过后续的快速退火成功制备了β-FeSi2薄膜.通过X射线衍射(XRD)、拉曼(RAMAN)和电子扫描电镜(SEM)研究了不同衬底对薄膜生长过程的影响.结果表明:与Si衬底不同,6H-SiC为衬底所生长的FeSix薄膜与衬底之间很难产生相互扩散,导致薄膜中的Si原子主要来源于靶材.同时分析不同退火温度对6H-SiC衬底和Si衬底上的FeSix薄膜的影响,并相比较.结果表明:不同衬底Si(100)和6H-SiC (0001) Si面所生长的薄膜经900℃退火时皆完全转化为多晶β-FeSi2相,其择优取向皆为(220)/(202),且随温度从500℃到900℃的不断上升,(220)/(202)衍射峰的强度增强,半高宽变小,得到900℃下的半高宽为0.33°.     

基于静电作用制备硅基气凝胶及其性能研究

针对第二类复合材料(基体与增强相间通过化学键连接)增强导致二氧化硅气凝胶密度及导热率升高等不足,利用带负电荷的二氧化硅气凝胶与带正电荷的聚合物间静电吸引作用制备二氧化硅气凝胶/聚合物杂化复合材料,分析基于静电作用的二氧化硅气凝胶的增强、透光与传热性能.研究表明,通过静电吸引作用在二氧化硅气凝胶骨架表面引入聚合物层,可以有效提高气凝胶材料的强度,聚合物的引入使气凝胶内部分微孔转变为中孔,同时由于静电吸引相界面的高透光和高热阻性质,使气凝胶复合材料基本保持原有的透光性能和隔热性能.     

硅基AAO模板内电化学沉积ZnO纳米线及其光电性能研究

本文利用二次阳极氧化法在p型低阻〈100〉晶向的硅衬底上制备了AAO/Si,以硅基AAO为辅助模板,采用电化学沉积的方法以Zn(NO3).6H2O和HMT(C6H12N4)为原料,在80℃的水浴槽中制备了ZnO纳米线结构。采用SEM,XRD和拉曼光谱等手段对ZnO/AAO/Si复合结构进行表征。SEM图表明ZnO纳米线已成功组装到AAO/Si模板里,直径约45 nm,长度约为600 nm。XRD和拉曼光谱表明ZnO具有六角纤锌矿多晶结构。光致发光(PL)谱图表明ZnO/AAO/Si复合结构在565 nm附近有较宽黄绿发射峰,在395 nm附近有微弱的紫外发射峰。场发射测试结果表明,ZnO纳米线的场增强因子的β值为2490,场增强因子很高,具有广泛的应用前景。     

二氧化硅超微粉微波水热法制备及表征

以正硅酸乙酯为原料、氨水为催化剂,采用微波水热法制备白色SiO2超微粉体材料.通过SEM、XRD、DTA、IR和成分测试等手段对二氧化硅样品进行了表征.结果表明SiO2粉体为白色非晶态球形粒子,粒度分布均匀,样品中含有羟基.在1100℃以下样品耐热性良好;在1100℃开始发生晶型转变,在1200℃时晶型转变完成.     

硅纳米线的制备及应用研究进展

介绍了硅纳米线在制备技术方面的最新进展,综述了硅纳米线两种不同的生长模式("自上而下"和"自下而上"),以及在两种生长模式下硅纳米线的制备方法,即化学气相沉积、分子束外延、激光烧蚀、氧化物辅助生长、溶液法、电子束光刻、纳米压印光刻和金属辅助化学刻蚀等,并对各种方法的优缺点进行了仔细叙述,总结了硅纳米线的两种典型生长方向(平面和垂直)的研究现状.最后阐述了近年来硅纳米线在电子器件、传感器件和太阳能电池的应用情况,并展望其发展趋势,为科研人员进一步开拓硅纳米线研究提供一定参考.     

二氧化硅包覆芒硝基相变储能微胶囊制备及性能表征

将四乙氧基硅烷(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为硅源,芒硝基相变储能微胶囊作为芯材,通过乳液聚合的方法制备了二氧化硅包覆的芒硝基相变储能微胶囊。测得芒硝基相变储能微胶囊的熔化焓和凝固焓分别为136.4 J/g和76.9 J/g,融化和凝固温度分别为23.6℃和17.6℃。微胶囊的核-壳结构减轻了无机水合盐固液分离程度,抑制了相分层现象的发生。在100次循环后,熔化焓为64.3 J/g,具有较好的循环稳定性,可用于热能存储等领域。     

Zn掺杂Z形GaN纳米线的制备及表征

本文以氧化镓、氧化锌和氨气为原料,通过常压化学气相沉积法(APCVD)在Au/Si(100)衬底上成功生长出了Zn掺杂的"Z"形GaN纳米线。利用场发射扫描电镜(FESEM)、X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、光致发光谱(PL)等测试方法对样品的形貌、晶体结构及光学性质进行了表征。结果表明:在温度为950℃,氧化镓和氧化锌的质量比为8∶1的条件下,制备出的Zn掺杂Z形GaN单晶纳米线直径为70 nm、长度为数十个微米,生长机理遵循VLS机制。Zn元素的掺杂使GaN纳米线在420 nm处出现了光致发光峰,发光性能有所改善。