[发明专利]硅化铁纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备方法，尤其涉及一种硅化铁纳米线的制备方法。

背景技术

半导体工业的发展方向是更小、更快、更低能耗。然而，从微米电子时代进入纳米电子时代之后，传统的半导体制造技术--光刻工艺(“自上而下”的技术)显得越来越难以满足现在和未来的要求。由此，“自下而上”的技术，或称为自组装技术被认为是未来发展的趋势。目前，人们已经利用这种自组装技术合成了各种纳米结构，包括纳米线、纳米管，其潜在的应用领域包括纳米电子、纳米光学、纳米感测器等。

硅化铁纳米线(FeSi nanowires)是一种窄禁带半导体，且具有独特的磁学性能，在自旋电子学领域有着广泛的应用前景(请参见，Vapor-Phase Synthesisand Characterization of ε-FeSi nanowires，Advanced Material，Vol18，P1437-1440(2006))。

现有技术提供一种硅化铁纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一硅片作为生长基底；将该生长基底置入管式炉中的瓷舟内；将一定量的三氯化铁(FeCl₃)粉体(沸点为319℃)置入瓷舟内，且该三氯化铁粉体位于瓷舟内的靠近入气口一侧；向该管式炉中通入氮气，同时加热该管式炉至生长温度，蒸发的三氯化铁被氮气带到生长基底上方，并于生长基底接触，发生反应，长出硅化铁纳米线。该硅化铁纳米线无序分布在生长基底表面，且其沿着[111]方向生长。

然而，采用上述方法制备硅化铁纳米线，由于三氯化铁与硅的反应不易发生，所以通常需要较高的生长温度，一般生长温度在1100℃以上。因此，不利于节省能源以及大规模生产。其次，采用该方法只能在硅片上生长硅化铁纳米线，限制了其应用范围。

有鉴于此，确有必要提供一种可以在较低温度下，且可以在不同生长基底上生长硅化铁纳米线的方法。

发明内容

一种硅化铁纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一生长装置，且该生长装置包括一加热炉以及一反应室；提供一定量的铁粉与一生长基底，并将该铁粉与生长基底间隔置入反应室内；向反应室通入硅源气体，并加热至600～1200℃，在生长基底上生长得到硅化铁纳米线。

相对于现有技术，本发明提供的制备硅化铁纳米线的方法中，由于铁元素具有较强的还原性，铁粉与硅源气体的反应容易发生，所以可以在较低的生长温度下生长硅化铁纳米线。因此，有利于节省能源，减低制备成本，实现大规模生产。而且，本发明还可以在不同生长基底上生长硅化铁纳米线，扩大其应用范围。

附图说明

图1为本技术方案实施例的硅化铁纳米线的制备方法流程图。

图2为本技术方案实施例制备硅化铁纳米线的装置的结构示意图。

图3为本技术方案实施例制备的硅化铁纳米线团簇的扫描电镜照片。

图4为本技术方案实施例制备的硅化铁纳米线的扫描电镜照片。

图5为本技术方案实施例制备的硅化铁纳米线的透射电镜照片。

图6为本技术方案实施例制备的硅化铁纳米线的X射线衍射图谱。

具体实施方式

以下将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，本技术方案实施例提供一种硅化铁纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤一，提供一生长装置30，且该生长装置30包括一加热炉302以及一反应室304。

本实施例中，所述反应室304优选为一石英管，其两端分别具有一入气口306和一出气口308。该石英管置于加热炉302内可移动，且其长度比加热炉302长，这样使得在实验中推、拉移动石英管时，总能保持石英管有一部分可以置于加热炉302的内部。

该反应室304内还包括一承载装置310，该承载装置310为一高熔点的容器。本实施例中，承载装置310优选为一陶瓷反应舟，该陶瓷反应舟的形状不限，其大小可以根据反应室304的大小而选择。

步骤二，提供一定量的铁粉314与一生长基底312，并将该铁粉314与生长基底312间隔置入反应室304内。

在使用前，先将该铁粉314置入稀释的酸性溶液中浸泡2～10分钟，除去铁粉314的表面氧化层与杂质。本实施例中，酸性溶液优选为稀释的盐酸溶液。采用稀释的盐酸溶液浸泡铁粉314，不但可以除去铁粉314的表面氧化层与杂质，还可以在铁粉314表面形成一铁的氯化物层。由于铁的氯化物容易蒸发，所以提高了铁粉314的表面活性。