纳米线的制备综述

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1、现代材料制备技术期末报告姓名：翁小康学号：12016001388专业：材料工程教师：朱进2017年6月24日Si纳米线的制备方法总结及其应用摘要：Si纳米线是一种新型的一维纳米半导体材料，具有独特的电子输运特性、场发射特性和光学特性等。此外，硅纳米线在宽波段、宽入射角范围内有着优异的减反射性能以及在光电领域的巨大应用前景。传统器件已不满足更快更小的要求，因此纳米线器件成为研究的热点。关于硅纳米线阵列的制备方法，本文主要从“自下而上”和“自上而下”两大类出发，分别阐述了模板辅助的化学气相沉积法、化

2、学气相沉积结合Langmuir-Blodgett技术法和金属催化化学刻蚀法等方法。最后介绍了Si纳米线在场效应晶体管、太阳能电池、传感器、锂电池负极材料等方面相关应用。关键词：Si纳米线；阵列；制备方法；器件应用0引言近年来，Si纳米线及其阵列的制备方法、结构表征、光电性质及其新型器件应用的研究，已成为Si基纳米材料科学与技术领域中一个新的热点课题。人们之所以对Si纳米线的研究广泛关注，是由于这种准一维纳米结构具有许多显著不同于其他低维半导体材料的电学、光学、磁学以及力学等新颖物理性质，从而使其

3、在场发射器件、单电子存储器件、高效率激光器、纳米传感器以及高转换效率太阳电池等光电子器件中具有重要的实际应用[1]。硅纳米线阵列(siliconnanowiresarrays，简称SiNWs阵列)是由众多的一维硅纳米线垂直于基底排列而成的，SiNWs阵列与硅纳米线之间的关系如同整片森林与单棵树木一样，它除了具有硅纳米线的特性外，还表现出集合体的优异性能：SiNWs阵列独特的“森林式”结构，使其具有优异的减反射特性，在宽波段、宽入射角范围都能保持很高的光吸收率，显著高于目前普遍使用的硅薄膜。例如，

4、对于波长300—800nm的光，在正入射的情况下，硅薄膜的平均光吸收率为65%，而SiNWs阵列的平均光吸收率在80%以上；在光入射角为60°时，硅薄膜的平均光吸收率为45%，而SiNWs阵列的平均光吸收率达70%［2］。这对于硅材料在太阳能高效利用方面，具有十分重要的意义。本文将对国内外关于硅纳米线阵列的制备及其在光电领域应用的研究进展进行系统阐述。1Si纳米线阵列的制备方法近年来，为制备有序的SiNWs阵列，研究者先后开发出多种制备方法，这些方法大体上可分为两类：“自下而上(bottom-u

5、p)”和“自上而下(topdown)”。前者是从原子或分子出发控制组装成SiNWs阵列；而后者则是从体硅(硅片)出发，经化学刻蚀制得。91.1自下而上目前，“自下而上”的制备方法，主要是激光烧蚀沉积，化学气相沉积法(chemicalvapordeposition，CVD)与有序排列技术相结合及热蒸发等。CVD法是利用气态或蒸气态物质在气相或气固界面上反应生长固态沉积物的方法。该法直接在衬底上生长的硅纳米线是杂乱的［3］，需要结合有序排列方法或技术实现有序SiNWs阵列的制备。例如，CVD与模板法

6、结合、CVDLangmuir-Blodgett技术结合等。1.1.1激光烧蚀沉积利用LAD制备纳米线的过程一般是根据欲制备的材料与其催化组分形成共晶合金的相图，按一定比例混合配置成靶材料，根据共晶温度调整激光辐照能量密度和控制材料的凝聚条件，便可获得欲制备的纳米线。该方法中激光的作用主要是作为热源，使靶材在激光辐照作用下加热融化并蒸发为气态。这种方法具有工序简单，所生长的纳米线纯度较高、直径均匀和能够实现材料的快速冷凝等特点，但它的不足是设备比较复杂昂贵，产品成本较高，不便于产业化制备。1.1.

7、2模板辅助的CVD法模板在纳米线生长过程中起到了限定纳米线的直径、生长位置和生长方向的作用。Zhang等[4]使用具有紧密排列的六角形纳米孔道的氧化铝作为模板，先在模板的孔道中电化学沉积金粒子，然后在金粒子的催化下CVD法高温分解硅烷生长硅纳米线，成功地合成了单晶硅纳米线有序阵列，硅纳米线直径与模板孔道直径一致。Shimizu等［5］利用电子束蒸发法先在Si(100)表面镀一层Al膜并通过阳极氧化形成多孔结构，而后用磷酸除去Si表面的SiO2层，再在孔道内无电沉积Au粒子作为催化剂，最后利用超真

8、空CVD分解硅烷气体，生长出了晶向为Si(100)的SiNWs阵列，制备过程见图1。图1氧化铝模板法合成SiNWs阵列示意图[5]1.1.3CVD结合Langmuir-Blodgett技术Lieber等[6]采用CVD与Langmuir-Blodgett技术结合的方法，自下而上成功地构筑了排列整齐的平行和交叉的SiNWs阵列。他们首先利用CVD9法合成硅纳米线，再将硅纳米线分散在非极性溶剂中配制成纳米线悬浮液，而后将悬浮液分散在Langmuir-Blodgett槽中，压缩液膜使纳米线平行排列，将