專利名稱：固-液-固相法制備硅納米線的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體材料技術(shù)領域，具體涉及一種硅納米線的固-液-固 相制備方法。
背景技術(shù)：
納米科學與技術(shù)是一門融合了諸多學科的新興現(xiàn)代高新技術(shù)，而納米 材料的制備與器件應用的研究是一個重要的發(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體材料，隨著直徑尺寸的減小會呈現(xiàn)出表面效應、量子限制 效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應及庫侖阻塞效應等新穎物理特性，由此使得它們在 磁、熱、光、電和催化反應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用。作為硅納米線的制備方法，大體上可分為物理法、化學法和綜合法.物理法主要 包括LAD法、蒸發(fā)冷凝法和電弧放電法；化學法主要包括CVD法、溶液反應法、電化學法和聚 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；而按生長機理劃分主要有 VLS，SLS，VSS和OAG機制等其制備方法。

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固-液-固相制備方法。本發(fā)明硅納米線的制備方法是首先在Si襯底沉積一層金屬催化劑；其次，在一 定溫度下，不引人含Si源氣體，直接使襯底中的Si和金屬形成共晶液滴；接著，襯底中的 Si將通過“固-液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si過飽和，Si將再一次通 過“固-液”界面在頂端析出并形成Si納米線。本發(fā)明方法具有設備簡單，容易控制沉積的薄膜組分，可以使制備Si納米線的成 本降低很多。


附圖1為發(fā)明實施例方法制備的硅納米線的SEM圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明加以詳細描述。實施例1 以重摻雜的n-Si(lll)晶片作為襯底，在其上熱沉積40nm的Ni層.然 后將其置于石英管中，在溫度為950°C和Ar及H2保護下加熱，冷卻至室溫后在襯底表面形 成了一層灰色沉積物。SEM的觀測表明，該產(chǎn)物為高定向的無定形Si納米線，長度和直徑較 均勻，分別為1 μ m和25nm。由于Si襯底被沉積的Ni層所覆蓋，在制備過程中Si氣相可忽 略不計，因此可以認為Si源來自于Si襯底。Si2Ni的共熔點為993°C，然而由于小尺寸顆 粒效應，Si2Ni在993°C以下即可形成。因此，沉積后的Ni薄膜與Si襯底在930°C時發(fā)生反 應形成了 Si2Ni共熔液滴.因為Si原子在Si2Ni液相中的溶解度相對較高，則有更多的Si 原子通過“固_液”界面而溶解到Si2Ni液相中，當溶解到Ni中的Si達到過飽和狀態(tài)時，則 形成了另一個“固-液”界面，從而導致了 Si納米線的生長。實施例2:將物質(zhì)的量比為1 1的SiO2和C粉末混合，利用陰極弧等離子體方法 制備出Si納米顆粒，然后把Si納米顆粒溶入到含有Fe (NO3)3的酒精溶液中，并使其蒸發(fā)濃 縮，繼而使干燥的樣品在H2保護下，于980°C下煅燒制備了 Si納米線。本發(fā)明方法制備的硅納米線可廣泛應用在場效應晶體管、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
一種硅納米線的固 液 固相制備方法，其特征在于是首先在Si襯底沉積一層金屬催化劑；其次，在一定溫度下，不引人含Si源氣體，直接使襯底中的Si和金屬形成共晶液滴；接著，襯底中的Si將通過“固 液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si過飽和，Si將再一次通過“固 液”界面在頂端析出并形成Si納米線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是以重摻雜的n-Si(111)晶片作為襯底，在其上 熱沉積40nm的Ni層.然后將其置于石英管中，在溫度為950°C和Ar及H2保護下加熱，冷 卻至室溫后在襯底表面形成了一層灰色沉積物。SEM的觀測表明，該產(chǎn)物為高定向的無定形 Si納米線，長度和直徑較均勻，分別為Iym和25nm。由于Si襯底被沉積的Ni層所覆蓋， 在制備過程中Si氣相可忽略不計，因此可以認為Si源來自于Si襯底。Si2Ni的共熔點為 993°C，然而由于小尺寸顆粒效應，Si2Ni在993°C以下即可形成。因此，沉積后的Ni薄膜與 Si襯底在930°C時發(fā)生反應形成了 Si2Ni共熔液滴.因為Si原子在Si2Ni液相中的溶解度 相對較高，則有更多的Si原子通過“固-液”界面而溶解到Si2M液相中，當溶解到M中的 Si達到過飽和狀態(tài)時，則形成了另一個“固-液”界面，從而導致了 Si納米線的生長。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是將物質(zhì)的量比為1 1的SiOjPC粉末混合， 利用陰極弧等離子體方法制備出Si納米顆粒，然后把Si納米顆粒溶入到含有Fe (NO3)3的 酒精溶液中，并使其蒸發(fā)濃縮，繼而使干燥的樣品在H2保護下，于980°C下煅燒制備了 Si納 米線。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導體材料技術(shù)領域，具體涉及一種硅納米線的固-液-固相制備方法。是首先在Si襯底沉積一層金屬催化劑；其次，在一定溫度下，不引人含Si源氣體，直接使襯底中的Si和金屬形成共晶液滴；接著，襯底中的Si將通過“固-液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si過飽和，Si將再一次通過“固-液”界面在頂端析出并形成Si納米線。本發(fā)明方法具有設備簡單，容易控制沉積的薄膜組分，可以使制備Si納米線的成本降低很多。
文檔編號B82B3/00GK101891198SQ200910027109
公開日2010年11月24日 申請日期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 申請人:熊長宏