专利名称：固-液-固相法制备硅纳米线的制作方法
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固-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固-液-固相制备方法。本发明硅纳米线的制备方法是首先在Si衬底沉积一层金属催化剂；其次，在一 定温度下，不引人含Si源气体，直接使衬底中的Si和金属形成共晶液滴；接着，衬底中的 Si将通过“固-液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si过饱和，Si将再一次通 过“固-液”界面在顶端析出并形成Si纳米线。本发明方法具有设备简单，容易控制沉积的薄膜组分，可以使制备Si纳米线的成 本降低很多。
附图1为发明实施例方法制备的硅纳米线的SEM图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明加以详细描述。实施例1 以重掺杂的n-Si(lll)晶片作为衬底，在其上热沉积40nm的Ni层.然 后将其置于石英管中，在温度为950°C和Ar及H2保护下加热，冷却至室温后在衬底表面形 成了一层灰色沉积物。SEM的观测表明，该产物为高定向的无定形Si纳米线，长度和直径较 均勻，分别为1 μ m和25nm。由于Si衬底被沉积的Ni层所覆盖，在制备过程中Si气相可忽 略不计，因此可以认为Si源来自于Si衬底。Si2Ni的共熔点为993°C，然而由于小尺寸颗 粒效应，Si2Ni在993°C以下即可形成。因此，沉积后的Ni薄膜与Si衬底在930°C时发生反 应形成了 Si2Ni共熔液滴.因为Si原子在Si2Ni液相中的溶解度相对较高，则有更多的Si 原子通过“固_液”界面而溶解到Si2Ni液相中，当溶解到Ni中的Si达到过饱和状态时，则 形成了另一个“固-液”界面，从而导致了 Si纳米线的生长。实施例2:将物质的量比为1 1的SiO2和C粉末混合，利用阴极弧等离子体方法 制备出Si纳米颗粒，然后把Si纳米颗粒溶入到含有Fe (NO3)3的酒精溶液中，并使其蒸发浓 缩，继而使干燥的样品在H2保护下，于980°C下煅烧制备了 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。
权利要求
一种硅纳米线的固 液 固相制备方法，其特征在于是首先在Si衬底沉积一层金属催化剂；其次，在一定温度下，不引人含Si源气体，直接使衬底中的Si和金属形成共晶液滴；接着，衬底中的Si将通过“固 液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si过饱和，Si将再一次通过“固 液”界面在顶端析出并形成Si纳米线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是以重掺杂的n-Si(111)晶片作为衬底，在其上 热沉积40nm的Ni层.然后将其置于石英管中，在温度为950°C和Ar及H2保护下加热，冷 却至室温后在衬底表面形成了一层灰色沉积物。SEM的观测表明，该产物为高定向的无定形 Si纳米线，长度和直径较均勻，分别为Iym和25nm。由于Si衬底被沉积的Ni层所覆盖， 在制备过程中Si气相可忽略不计，因此可以认为Si源来自于Si衬底。Si2Ni的共熔点为 993°C，然而由于小尺寸颗粒效应，Si2Ni在993°C以下即可形成。因此，沉积后的Ni薄膜与 Si衬底在930°C时发生反应形成了 Si2Ni共熔液滴.因为Si原子在Si2Ni液相中的溶解度 相对较高，则有更多的Si原子通过“固-液”界面而溶解到Si2M液相中，当溶解到M中的 Si达到过饱和状态时，则形成了另一个“固-液”界面，从而导致了 Si纳米线的生长。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是将物质的量比为1 1的SiOjPC粉末混合， 利用阴极弧等离子体方法制备出Si纳米颗粒，然后把Si纳米颗粒溶入到含有Fe (NO3)3的 酒精溶液中，并使其蒸发浓缩，继而使干燥的样品在H2保护下，于980°C下煅烧制备了 Si纳 米线。
全文摘要
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固-液-固相制备方法。是首先在Si衬底沉积一层金属催化剂；其次，在一定温度下，不引人含Si源气体，直接使衬底中的Si和金属形成共晶液滴；接着，衬底中的Si将通过“固-液”界面而溶解到合金液滴中；最后，由于液滴中Si过饱和，Si将再一次通过“固-液”界面在顶端析出并形成Si纳米线。本发明方法具有设备简单，容易控制沉积的薄膜组分，可以使制备Si纳米线的成本降低很多。
文档编号B82B3/00GK101891198SQ200910027109
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者熊长宏 申请人:熊长宏