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Si纳米线的气—液—固可控生长与掺杂特性

作　者: 白振华
导　师: 彭英才
学　校: 河北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 低压化学气相沉积 Si纳米线 Au催化 气-液-固生长机制 掺杂
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


Si纳米线作为一种新型的一维纳米材料,有着显著不同于体材料的许多物理特性,这使得它在纳米器件中有着潜在的应用价值。本工作采用Au膜作金属催化剂,在800℃温度下退火后,利用低压化学气相沉积(LPCVD方法,以SiH4作为源气体,基于气-液固(VLS)生长机制在n-(111)Si单晶衬底上成功制备出了具有一定直径、长度和密度分布的Si纳米线(SiNW).利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量损失谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等对样品的表面形貌、化学组分、生长晶向进行了结构表征和测试分析。实验研究了生长温度、生长时间、SiH4流量和Au膜层厚度对Si纳米线的形成与结构的影响。结果表明,在Au膜层厚度为10-20hm,温度为650℃,SiH4流量为40sccm,生长时间为90min的工艺条件下,能够制备出高质量的Si纳米线,其直径为20-200hm,长度可达几微米。采用Xe灯在室温条件下测量了Si纳米线的光致发光(PL)特性,PL谱显示其在400-480nm波长范围有一个强蓝光发射带。在生长纳米线的同时,用B2H6进行原位掺杂,获得了掺B的Si纳米线,研究了B2H6流量对Si纳米线掺杂的影响。将制备好的Si纳米线,置于扩散炉中用固态B源(B2O3)进行后扩散掺杂,研究了扩散时间和温度对样品薄层电阻的影响。采用p型Si纳米线与n型Si衬底制备了SiNW(p)／c-Si(n)异质结,测试了其Ⅰ-Ⅴ特性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 引言  9-17
  1.1 SI纳米线研究的重要意义  9-10
  1.2 SI纳米线的研究进展  10-11
  1.3 SI纳米线的物理特性  11-13
    1.3.1 Si纳米线的场发射特性  11-12
    1.3.2 Si纳米线的光致发光特性  12
    1.3.3 Si纳米线热导性能  12-13
  1.4 SI纳米线的制备方法  13-15
    1.4.1 Si纳米线的气-液-固生长  13-15
    1.4.2 Si纳米线的固-液-固生长  15
    1.4.3 Si纳米线氧化物辅助生长  15
  1.5 本课题的研究内容  15-17
第2章 实验方法及分析表征  17-22
  2.1 SI纳米线的生长与掺杂  17-19
    2.1.1 衬底清洗  17
    2.1.2 Au催化剂的沉积  17-18
    2.1.3 高温退火  18
    2.1.4 LPCVD生长Si纳米线  18-19
    2.1.5 Si纳米线的B掺杂  19
  2.2 SI纳米线的分析表征方法  19-22
    2.2.1 α-台阶仪  19
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  19-20
    2.2.3 X射线能量损失谱(EDS)  20
    2.2.4 X-射线单晶衍射仪(XRD)  20
    2.2.5 荧光光谱仪  20-21
    2.2.6 四探针测试仪  21-22
第3章 SI纳米线的气-液-固生长  22-30
  3.1 不同工艺条件对SI纳米线形成的影响  22-25
    3.1.1 Au膜厚度对Si纳米线生长的影响  22-23
    3.1.2 生长温度对Si纳米线生长的影响  23-24
    3.1.3 SiH4流量对Si纳米线生长的影响  24-25
    3.1.4 生长时间对Si纳米线生长的影响  25
  3.2 石英衬底上SI纳米线的VLS生长  25-26
  3.3 SI纳米线的XRD、EDS表征及PL特性分析  26-30
    3.3.1 Si纳米线的XRD表征  26-27
    3.3.2 Si纳米线的EDS表征  27-28
    3.3.3 Si纳米线的PL特性  28-30
第4章 SI纳米线的气-液-固生长机制分析  30-36
  4.1 SI纳米线的形成过程  30-33
    4.1.1 Si-Au共晶液滴的形成  30-31
    4.1.2 SiH4的分解与Si原子扩散  31-33
    4.1.3 Si晶核形成与纳米线的生长  33
  4.2 SI纳米线的可控生长  33-34
  4.3 气-液-固生长与固-液-固生长的区别  34-36
第5章 SI纳米线的掺杂  36-42
  5.1 SI纳米线的原位掺杂  36-37
  5.2 SI纳米线的后扩散掺杂  37-39
    5.2.1 温度对Si纳米线掺杂的影响  37-38
    5.2.2 扩散时间对Si纳米线掺杂的影响  38-39
  5.3 SINW(P)/c-SI(N)异质结的制备及Ⅰ-Ⅴ特性测试  39-42
第6章 结论  42-44
参考文献  44-49
致谢  49-50
硕士研究生在读期间发表的论文  50

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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