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Si纳米线的气—液—固可控生长与掺杂特性

【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。

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