專利名稱：氣-液-固相法制備硅納米線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅納米線的氣-液-固 相制備方法。
背景技術(shù)：
納米科學(xué)與技術(shù)是一門融合了諸多學(xué)科的新興現(xiàn)代高新技術(shù)，而納米 材料的制備與器件應(yīng)用的研究是一個(gè)重要的發(fā)展方向.近年，由于一維納米結(jié)構(gòu)(如納米 管、納米桿、納米線和納米帶)的特殊性質(zhì)和潛在應(yīng)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(dǎo)體材料，隨著直徑尺寸的減小會(huì)呈現(xiàn)出表面效應(yīng)、量子限制 效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)及庫侖阻塞效應(yīng)等新穎物理特性，由此使得它們?cè)?磁、熱、光、電和催化反應(yīng)等方面具有顯著不同于其它材料的物理性質(zhì)，因而在光致發(fā)光、超 大規(guī)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(yīng)用。作為硅納米線的制備方法，大體上可分為物理法、化學(xué)法和綜合法.物理法主要 包括LAD法、蒸發(fā)冷凝法和電弧放電法；化學(xué)法主要包括CVD法、溶液反應(yīng)法、電化學(xué)法和聚 合法等；綜合法主要包括蒸發(fā)懸浮液法和固-液相電弧放電法；而按生長機(jī)理劃分主要有 VLS，SLS，VSS和OAG機(jī)制等其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的硅納米線的氣-液-固相制備方法。本發(fā)明硅納米線的制備方法是采用金屬催化的VLS生長技術(shù).利用金屬催化劑誘 導(dǎo)制備硅納米線的，主要工藝步驟是首先在Si襯底表面上利用濺射或蒸發(fā)等工藝沉積一 薄層具有催化作用的金屬(Au，F(xiàn)e, Ni，Ga或Al等)，然后進(jìn)行升溫加熱，利用金屬與Si襯 底的共晶作用形成合金液滴，該液滴的直徑和分布與金屬的自身性質(zhì)、襯底溫度和金屬層 厚直接相關(guān).此后，通過含Si的源氣體(SiH4, Si2H6，或SiCI4等)的氣相輸運(yùn)或固體靶的 熱蒸發(fā)，使參與Si納米線生長的原子在液滴處凝聚成核.當(dāng)這些原子數(shù)量超過液相中的平 衡濃度以后，結(jié)晶便會(huì)在合金液滴的下部析出并最終生長成Si納米線，而合金則留在其頂 部.也就是說，線狀的結(jié)晶是從襯底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形狀、直徑和長 度的Si納米線的。


附圖1為發(fā)明實(shí)施例方法制備的硅納米線的相圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)描述。實(shí)施例首先在Si襯底表面上利用濺射或蒸發(fā)等工藝沉積一薄層具有催化作用 的金屬(Au，F(xiàn)e, Ni，Ga或Al等)，然后進(jìn)行升溫加熱，利用金屬與Si襯底的共晶作用形成 合金液滴，該液滴的直徑和分布與金屬的自身性質(zhì)、襯底溫度和金屬層厚直接相關(guān).此后， 通過含Si的源氣體(SiH4, Si2H6，或SiCI4等)的氣相輸運(yùn)或固體靶的熱蒸發(fā)，使參與Si納 米線生長的原子在液滴處凝聚成核.當(dāng)這些原子數(shù)量超過液相中的平衡濃度以后，結(jié)晶便 會(huì)在合金液滴的下部析出并最終生長成Si納米線，而合金則留在其頂部.也就是說，線狀 的結(jié)晶是從襯底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形狀、直徑和長度的Si納米線。本發(fā)明方法制備的硅納米線可廣泛應(yīng)用在場效應(yīng)晶體管、場發(fā)射器件、太陽電池、 傳感器以及集成電子器件等方面。
權(quán)利要求
一種硅納米線的氣 液 固相制備方法，其特征是采用金屬催化的VLS生長技術(shù).利用金屬催化劑誘導(dǎo)制備硅納米線的，主要工藝步驟是首先在Si襯底表面上利用濺射或蒸發(fā)等工藝沉積一薄層具有催化作用的金屬(Au，F(xiàn)e，Ni，Ga或Al等)，然后進(jìn)行升溫加熱，利用金屬與Si襯底的共晶作用形成合金液滴，該液滴的直徑和分布與金屬的自身性質(zhì)、襯底溫度和金屬層厚直接相關(guān).此后，通過含Si的源氣體(SiH4，Si2H6，或SiCI4等)的氣相輸運(yùn)或固體靶的熱蒸發(fā)，使參與Si納米線生長的原子在液滴處凝聚成核.當(dāng)這些原子數(shù)量超過液相中的平衡濃度以后，結(jié)晶便會(huì)在合金液滴的下部析出并最終生長成Si納米線，而合金則留在其頂部.也就是說，線狀的結(jié)晶是從襯底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形狀、直徑和長度的Si納米線的。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅納米線的氣-液-固相制備方法。是采用金屬催化的VLS生長技術(shù)，利用金屬催化劑誘導(dǎo)制備硅納米線，主要工藝步驟是首先在Si襯底表面上利用濺射或蒸發(fā)等工藝沉積一薄層具有催化作用的金屬(Au，F(xiàn)e，Ni，Ga或Al等)，然后進(jìn)行升溫加熱，利用金屬與Si襯底的共晶作用形成合金液滴，該液滴的直徑和分布與金屬的自身性質(zhì)、襯底溫度和金屬層厚直接相關(guān).此后，通過含Si的源氣體(SiH4，Si2H6，或SiCI4等)的氣相輸運(yùn)或固體靶的熱蒸發(fā)，使參與Si納米線生長的原子在液滴處凝聚成核。當(dāng)這些原子數(shù)量超過液相中的平衡濃度以后，結(jié)晶便會(huì)在合金液滴的下部析出并最終生長成Si納米線，而合金則留在其頂部。也就是說，線狀的結(jié)晶是從襯底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形狀、直徑和長度的Si納米線的。
文檔編號(hào)B01J23/08GK101891145SQ20091002711
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者熊長宏 申請(qǐng)人:熊長宏