离子注入合成硅基自组装fesilt2gt纳米结构

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1、摘要本文首次采用金属气相真空弧离子源(MetalVaporVacuumArcIonSource，简称MEVVA源)进行离子注入在硅(100)上合成了具有自组装效果的FeSi2纳米线／棒，通过透射电子显微镜(TEM)对其微观结构以及硅化铁纳米晶与硅衬底之问的取向关系进行了深入的分析，揭示了自组装FeSi2纳米线／棒的形成机理，并采用从头算起的方法从理论上验证了该机理的可靠性。此外，本文研究了再退火情况下FeSi2纳米线／棒从Oc相向D相的转变，并对其光致发光(PL)特性进行了研究。实验结果表明，离子注入的样品

2、经过1050℃，10个小时，氮气保护下的管式退火首先在硅衬底的表面形成了a．FeSi2纳米颗粒以及具有自组装效果的纳米线／棒，利用透射电子显微镜对各种形貌的a．FeSi2粒子和硅衬底之间的匹配关系进行了深入的分析，发现a．FeSi2纳米线／棒沿衬底的(001)和(010)两个方向垂直生长。通过对界面应力能和表面能分析得出结论，该自组装的形成机理主要是由于FeSi2与Si衬底的两个生长界面的高界面能差引起FeSi2纳米结构的各向异性生长。利用materialstudio软件采用第一性原理计算方法对FeSi2与

3、Si取向生长的两个表面的表面能进行了计算，得到了与实验结果一致的结论。在进一步的实验中对a．FeSi2样品进行850℃、2个小时，氮气保护下的管式退火，以期待在维持其自组装的结构下实现从Gt相到B相的转变。从透射电子显微镜和光致发光谱的分析表明，纳米线／棒仍然维持其自组装的结构并且已经有部分的c【相纳米线／棒转变成了p相。关键词：FeSi2纳米线／棒自组装离子注入透射电子显微镜AbstractSelf-assembledFeSi2nanowires／rodsonSi(100)substrateweresyn

4、thesizedbyionimplantationmethodusingametalvaporvacuumarc(MEVVA)ionsource．Inordertodisclosethegrowthmechanismofthenanostructures，themicrostructureandcrystallineorientationrelationshipbetweentheironsilicideandthesiliconsubstratewereextensivelystudiedbyusingt

5、ransmissionelectronmicroscopy(TEM)．ThetheoreticalcalculationbasedOilthefirstprincipleWascarriedouttoverifytheexperimentalresultsobtainedinthepresentstudy．Inaddition，thephasetransformationfroma，-tofl-phasefortheironsilieidewasrealizedbyasecondannealing．Thec

6、orrespondingopticalpropertieswereanalyzedbyphotoluminescence(PL)．Theexperimentalresultsshowedthattheself-assembledn-FeSi2nanowires／rodsandnanoparticlesappearedonSisubstratesurfaceafterannealingat10500Cfor10hoursundertheprotectionofnitrogen．Themicrostructur

7、alcharacterizationrevealedthattheshapeformationofthenanostructuresisbasedonaparticularorientationrelationshipbetweenFeSi2nanocrystalandSisubstrate．Allthenanowires／rodswerefoundtogrowalong(001)and(O1O)directionsoftheSisubstrate．Accordingtothestressandinterf

8、aceanalysis，itisdeducedthatthegrowthmechanismoftheself-assemblednanostructureisduetotheanisotropicinterfaceenergyinsteadoftheanisotropicstrain．Thesurfaceenergiesofthetwoterminalplaneswerecalculatedbythemateri