[发明专利]气-液-固相法制备硅纳米线

说明书

技术领域：本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种硅纳米线的气-液-固相制备方法。

背景技术：纳米科学与技术是一门融合了诸多学科的新兴现代高新技术，而纳米材料的制备与器件应用的研究是一个重要的发展方向.近年，由于一维纳米结构(如纳米管、纳米杆、纳米线和纳米带)的特殊性质和潜在应用，引起了人们的浓厚研究兴趣.硅纳米线作为一种新型的纳米半导体材料，随着直径尺寸的减小会呈现出表面效应、量子限制效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应及库仑阻塞效应等新颖物理特性，由此使得它们在磁、热、光、电和催化反应等方面具有显著不同于其它材料的物理性质，因而在光致发光、超大规模集成电路、单电子检测、光探测器件、纳米传感器等方面具有十分重要的应用。

作为硅纳米线的制备方法，大体上可分为物理法、化学法和综合法.物理法主要包括LAD法、蒸发冷凝法和电弧放电法；化学法主要包括CVD法、溶液反应法、电化学法和聚合法等；综合法主要包括蒸发悬浮液法和固-液相电弧放电法；而按生长机理划分主要有VLS，SLS，VSS和OAG机制等其制备方法。

发明内容：本发明的目的是提出一种新的硅纳米线的气-液-固相制备方法。

本发明硅纳米线的制备方法是采用金属催化的VLS生长技术.利用金属催化剂诱导制备硅纳米线的，主要工艺步骤是：首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属(Au，Fe，Ni，Ga或Al等)，然后进行升温加热，利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴，该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关.此后，通过含Si的源气体(SiH₄，Si₂H₆，或SiCI₄等)的气相输运或固体靶的热蒸发，使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核.当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后，结晶便会在合金液滴的下部析出并最终生长成Si纳米线，而合金则留在其顶部.也就是说，线状的结晶是从衬底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线的。

附图说明：附图1为发明实施例方法制备的硅纳米线的相图。

具体实施方式：下面结合实施例对本发明加以详细描述。

实施例：首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属(Au，Fe，Ni，Ga或Al等)，然后进行升温加热，利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴，该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关.此后，通过含Si的源气体(SiH₄，Si₂H₆，或SiCI₄等)的气相输运或固体靶的热蒸发，使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核.当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后，结晶便会在合金液滴的下部析出并最终生长成Si纳米线，而合金则留在其顶部.也就是说，线状的结晶是从衬底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线。

本发明方法制备的硅纳米线可广泛应用在场效应晶体管、场发射器件、太阳电池、传感器以及集成电子器件等方面。