硅锗纳米线和纳米石墨烯的可控生长及物性研究

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1、博士学位论文硅锗纳米线和纳米石墨烯的可控生长及物性研究作者姓名：剖釜坐指导教师：韭亡芏硒荭虽学位类别：堡堂簋±学科专业：鞋基盔物理培养单位：生国挝生隧物理班宜压2012年10月Controlgrowthandpropertiesof10W．dimensionalSi／GenanowiresandnanographeneByDonghuaLiuADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentofthereq

2、uirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyinPhysicsInstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesOctober,2012Ⅲ0舢9删7i¨¨i¨刖■■_Ⅲ8删3⋯2洲Y摘要摘要本论文对两类低维纳米材料，硅锗纳米线及同轴硅纳米线和纳米石墨烯的可控制备、结构特性进行了研究。首先利用化学气相沉积方法生长硅锗的纳米线，系统研究了不同的生长条件，包括反应温度、气体流量和配比等对硅锗纳米线及同轴硅纳米线的形貌、结构以及物理性质的影响。同时，加工制备了半导体硅

3、纳米线场效应晶体管器件，发展了一种在半导体硅纳米线表面沉积重掺杂层以有效降低纳米器件接触电阻的方法。另外，利用远程等离子体加强化学气相沉积(卜PECVD)方法，以甲烷为碳源，在相对较低的温度且不使用催化剂，在二氧化硅(Si02)等非晶衬底表面直接生长石墨烯。采用两步分段生长，控制石墨烯的成核密度和生长速度，通过调节石墨烯的生长和刻蚀两个相反过程，进而调控纳米石墨烯的密度、大小和形状以及石墨烯层数。实现了高质量、相对大尺寸的纳米石墨烯晶体的可控生长，完善了纳米石墨烯的制备，并对纳米石墨烯的可控生长和机理进行了深入研究。1．利用化学气

4、相沉积方法，金作为催化剂，硅烷或者锗烷为气源，氢气为载气，制备出硅锗纳米线，纳米线的尺寸均匀，表面光滑，无侧壁沉积。2．在生长过程中，同时引入硅烷和锗烷，可以制备硅锗合金纳米线；按照l中条件，在CVD系统中制备出直径均匀的硅纳米线后将系统的温度升高，可以沉积一层非晶的硅层，进而形成两层的core．shell结构；生长三层core．shell纳米线的条件：按照1中条件，在CVD系统中制备出直径均匀的硅纳米线，之后经过低温和高温沉积的两个步骤可以得到三层的core．shell结构，通过SEM和HRTEM对样品的结构进行分析，发现，除了

5、单晶的核外，外层可以是单晶(外延生长)也可以是多晶结构，而这种现象完全取决于外层沉积温度。3．对化学气相沉积方法生长的硅纳米线进行电学性质表征，发现本征硅纳米线为P型，因此通过掺杂来调控纳米线的电输运性质。通过在生长过程中分别引入磷烷和乙硼烷气氛使硅纳米线表现为刀型SUp型的性质，同时在器件加工的过程中发现硅纳米线和金属电极的接触电阻比较大，因此，采用先生长低掺杂浓度的硅纳米线，在硅锗纳米线和纳米石墨烯的可控生长及物性研究这种低掺杂硅纳米线的表面沉积重掺杂层。器件加工完成后去除除电极之外的重掺杂层，所得器件的接触电阻会比之前小一个

6、数量级，对于，?型半导体，接触电阻占总电阻的14．8％，对于p型半导体，接触电阻占总电阻的11．4％，整体的电学性质有所改善。4．采用两步生长的方法在二氧化硅(Si02)衬底通过高温成核低温长大的方法生长几百纳米大小、厚度为单层或者两三层的、平铺在衬底表面的六角型石墨烯岛，生长过程中温度的影响起主要作用，低于某临界值，不会生长石墨烯，或者已经成核的石墨烯会被刻蚀，整个生长过程是生长与刻蚀的相互竞争过程。关键词：化学气相沉积硅纳米线接触电阻石墨烯、等离子体加强化学气相沉积，生长制备刻蚀摘要AbstractControlgrowtha

7、ndpropertiesofSi／GenanowiresandnanographeneDonghuaLiu(CondensedMatterPhysics)DirectedbyProf．GuangyuZhangTwokindsoflow-dimensionalnanomaterials，includingSi／Genanowiresandnanographeneweresystematicallyinvestigated．Inthefirstpart，themorphologies，structureandpropertiesofs

8、iliconandgermaniumnanowiresgrownbychemicalvapordepositionwereanalysed．Theeffectsofdifferenttemperatureanddifferentgasflowont