可控直徑-周期有序納米線陣列的制備及性能研究.pdf

1、由于半導體納米線特殊的結構特征和獨特的物理、化學性質，Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族材料制成的納米線在化學傳感器、鋰電池、熱電轉換器件、光伏器件等方面有著廣泛的應用前景。為了實現(xiàn)半導體納米線在未來多種領域的應用，制備出直徑周期可控的垂直有序納米線陣列是其面臨的一個重大挑戰(zhàn)。理解一維納米材料的生長機理對實現(xiàn)納米線的可控生長具有重要的指導意義。因此，本文的研究工作主要集中在以下幾個方面:
　　1.通過沉積Ti/Au膜層作為催化劑，采用金屬輔助化學刻蝕

2、方法制備出垂直有序的硅納米線陣列，硅納米線陣列經(jīng)過高溫熱氧化形成一定厚度的氧化層，再使用稀釋的HF溶液去除表面氧化層得到可控直徑/周期比、低孔隙密度的有序納米線陣列。主要研究了氧化溫度、氧化時間對硅納米線形貌的影響，并根據(jù)擴展的Deal-Grove模型計算了硅納米線氧化層厚度與氧化時間的關系。我們通過熱氧化的工藝模擬研究了影響納米線形貌的因素，并討論了氧化過程中應力分布的影響，理論計算結果與實驗結果一致。為了減弱納米線頸縮現(xiàn)象和加快氧化

3、速率，提高了氧化溫度，同時，我們提出通過沉積適當厚度的SiO2層作為高溫熱氧化的阻擋層，實現(xiàn)了低D/P、低表面缺陷密度的有序硅納米線陣列的制備。
　　2.針對前面做出的Si及Si/SiO2的納米線陣列進行系統(tǒng)的光學研究，在納米線表面生長透明介質層可以抑制其光反射，通過時域有限差分方法(FiniteDifference Time Domain-FDTD)模擬，我們發(fā)現(xiàn)添加透明介質層SiO2后Si納米線表現(xiàn)出吸收增強的特性，具有核-殼

4、結構的硅納米線陣列的吸收特征可以通過模態(tài)分析理論得到理解。Si/SiO2芯殼結構的硅納米線陣列吸收增強與外層SiO2介質層密切相關。此外，我們通過低填充比的Si納米線結合適當厚度的SiO2介質層，實現(xiàn)了Si納米線顯著的光吸收增強與寬光譜的抗反射效應，對指導制備Si納米線基太陽能電池器件具有借鑒意義。
　　3.在n型(111)硅片襯底上，我們通過Ga滴自催化的方法實現(xiàn)垂直率100％的GaAs納米線的無序生長。在前面工作的基礎上，我們

5、提出一種簡單方便的制備有序GaAs納米線的方法:首先通過高溫熱氧化的方法制備出直徑可控的Si/SiO2芯殼結構的硅納米線陣列，然后將Si/SiO2納米線的頂端去除露出內(nèi)部的硅納米線，得到有序的可控直徑的硅納米線襯底，在Ga滴自催化的作用下，可以生長出垂直有序的GaAs/Si軸向異質結納米線。我們主要采用三種方法制備了有序硅納米線襯底，并生長出了有序Si/GaAs異質結納米線，不過生長的納米線陣列未能完全達到我們的預期，需要進一步的深入研

6、究。
　　4.采用硫鈍化和徑向生長殼層結構研究了GaAs納米線表面態(tài)對納米線光致發(fā)光譜的影響，實驗表明經(jīng)過鈍化后的納米線表面態(tài)密度明顯減低，相應的PL譜的峰值也有很大的提高。在Se+P2S5/(NH4)2S+t-C4H9OH鈍化液中鈍化GaAs納米線5min，可以在GaAs納米線表面生長出了較厚的鈍化層，得到理想的鈍化效果。之后我們從理論上計算了表面缺陷密度與納米線直徑對PL峰強度的影響，理論計算表明表面缺陷濃度增加，載流子在表面