用VLS方法制备纳米线.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,VLS,方法制备纳米线,第十三小组成员：王晓纯、李 晨、蒋 浩,朱思昆、刘建军、钟国彬,2008,年,1,月,1,概要,VLS,方法简介,VLS,生长模型,Si,纳米线制备流程及结果分析,其它纳米线制备,(Ge,、,ZnO),VLS,的优缺点,参考文献,2,第一部分：,什么是,VLS,方法？,3,什么是,VLS,？,“气,-,液,-,固”（,Vapor-Liquid-Solid,，,VLS,）法是气相法合成准一维纳米材料的一种方法。,20,世纪,60,年代，,R.S.Wagner,及其合作者在研究微米级的单晶硅晶须的生长过程中首次提出这种生长机制。,目前，,VLS,生长方法被认为是制备高产率,单晶准一维纳米,材料的最有效的途径之一。,4,什么是,VLS,？,实现“气,-,液,-,固（,VLS,）”生长需要同时满足两个方面的条件：,（,1,）形成弥散的、纳米级的、具有催化效应的低熔点合金液滴，这些合金液滴通常是金属催化剂和被制备材料之间作用形成的，常用催化剂有,Au,、,Ag,、,Fe,、,Ni,等；,（,2,）形成一定压力的蒸气相，一般为欲制备的纳米线材料自身所对应的蒸气相或组分。,陈翌庆,张琨,王兵等,功能材料,J.2004,35:2804-2808,5,VLS,过程,Si,金属催化剂（,Ni,、,Au,、,Fe,）,共溶阶段,结晶阶段,生长阶段,高温下,Si,过饱和析出并结晶,纳米线,轴向生长,气相（,V,apor,）,液相,（,L,iquid,）,固相（,S,olid,）,Xing Yingjie,Xi Zhonghe,Xue Zengquan.,Vacuum Science and Technology(China),J.2002,22:33-35,6,第二部分：,VLS,生长模型,7,VLS,生长模型,力学平衡,表面能,Steven M.Roper,Stephen H.Davis et.al.,J.Appl.Phys,.102,034304(2007),8,VLS,生长模型,基本假定,1,）忽略,Si,的各向异性，且固液界面非平面；,2,）生长过程中夹角,LS,，,LV,保持不变；,3,）生长过程中不偏离直线方向；,4,）,Si,的扩散流,F,保持恒定；,5,）生长速率,v,保持恒定。,Steven M.Roper,Stephen H.Davis et.al.,J.Appl.Phys,.102,034304(2007),9,影响,VLS,生长的因素,沉积温度（扩散系数，界面能）,催化剂种类（组分浓度，过饱和度）,气体压强（界面形状）,液滴大小（直径）,10,第三部分：,Si,纳米线的制备,11,VLS,制备,Si,纳米线实验流程,1,1,）制备催化剂液滴,将一,Au,颗粒放置在,Si,衬底,薄片上，加热到,950,或者采用,Si&Au,共沉淀,法,2,）引入,H,2,和,SiCl,4,混合气，高温下反应,3,）共溶,Si,进入合金液滴中，过饱和析出,4,）生长,Si,沿,111,方向生长纳米线,温度条件不满足时，停止生长,R.S.Wagner and W.C.Ellis,Applied Physics Letters,.4,5(,1964,),有衬底,12,VLS,制备,Si,纳米线实验流程,2,激光：,532nm,Si,、,Fe,蒸汽,合金纳米团簇,纳米线,融蒸 靶材,Si,1-x,Fe,x,1200,过饱和,500torr,，,Ar,凝聚,Si,（,V,）,中止,冷端,Alfredo M.Morales,Charles M.Lieber,Science.,279,5348(1998),无衬底,调节纳米线半径,13,实验及装置示意图,A.,激光融蒸；,B.Si,和,Fe,凝聚成液滴；,C.Si,过饱和并析出；,D.Si,沿一个方向长成纳米线,Alfredo M.Morales,Charles M.Lieber,Science.,279,5348(1998),1.,激光；,2.,汇聚透镜；,3.,靶；,4.,控温炉；,5.,冷端；,6.,气流（,Ar,）,14,纳米线,TEM,像,（标尺,:100nm,）,B),Si,纳米线的,TEM,像与衍射像对比（标尺,:10nm,）,C),高分辨,TEM,像,条件：,1200,o,C,，,500-torr,Ar flowing50 SCCM,Phillips EM420,，,120KV,实验结果,Alfredo M.Morales,Charles M.Lieber,Science.,279,5348(1998),15,VLS,制备,Si,纳米线实验流程,3,p-Si(111),湿式催化氧化,SiO,2,层及抗蚀层,:870nm,通入,O,2,1000,4.5 h,清洁衬底,光刻,表面圆孔阵列,多窗口,SiO,2,掩膜,HF(,缓冲剂,),清洗,表面覆盖,Au,薄膜,:50-200nm,Au,蒸汽,微孔中含有,Au,圆点,:10um,高真空,GS-MBE,炉,剥离抗蚀层及表面,Au,膜,退火，,700,微孔中,:Au-Si,液滴,汽源,:Si,2,H,6,(,掺,B,2,H,6,),p-Si,纳米线,调节,B-Si,比例,生长速率,Md.Shofiqul Islama,et.al.,Journal of Crystal Growth,306(2007)276282,.,16,实验示意图,Md.Shofiqul Islama,et.al.,Journal of Crystal Growth,306(2007)276282.,SiO,2,Au,抗蚀层,17,催化剂团簇对纳米线直径的影响,Au,膜厚度固定,:,Au,直径与,Si,纳米线直径关系,Au,直径,(,孔,),度固定,:,Au,膜厚度与,Si,纳米线直径关系,Md.Shofiqul Islama,et.al.,Journal of Crystal Growth,306(2007)276282,.,18,催化剂团簇对纳米线直径的影响,右图分别是催化剂团簇（,Si,、,Au,合金）直径为,5,、,10,、,20,、,30nm,下得到的,Si,纳米线直径分布（含氧化物包覆层）,条件：,100 mTorr,440C,Ar flow,SiH,4,flow for 510 min1080 SCCM(%in He),Yi Cui,Lincoln J.Lauhon,Mark S.Gudiksen,et.Al.,APRIL.,78,15(2001),19,第四部分：,其它纳米线制备,Ge,、,ZnO,、,a-Al,2,O,3,、,SiC,、,BeO,、,GaAs,20,C)B,图像黑色窗口的高分辨,TEM,像,（标尺,:1nm,）,VLS,制备,Ge,纳米线,Alfredo M.Morales,Charles M.Lieber,Science.,279,5348(1998),A),纳米线顶部,纳米团簇,（标尺,:9nm,）,B)Ge,纳米线,5.0 0.6 nm,（标尺,:5nm,）,条件：靶材,Ge,0.9,Fe,0.1,，,820,，,300 torr,，,Ar flowing50 SCCM,21,VLS,制备,ZnO,纳米线,装置图,Peidong Yang,et.al.,Adv.Funct.Mater.,12,5(2002),22,VLS,制备,ZnO,纳米线,Peidong Yang,et.al.,Adv.Funct.Mater.,12,5(2002),Si(100),a-plane(110),sapphire,23,VLS,制备,ZnO,纳米线,Si(100),a-plane(110),sapphire,Peidong Yang,et.al.,Adv.Funct.Mater.,12,5(2002),24,第五部分：,VLS,的优点和缺点,25,VLS,的优点和缺点,优点,单晶准直纳米线,直径可控,方向性,可大面积高产率生产纳米线阵列,缺点,纯度不够,条件苛刻,不一定能找到合适的合金催化剂,26,参考文献,陈翌庆,张琨,王兵等,功能材料,J.2004,35:2804-2808,Xing Yingjie,Xi Zhonghe,Xue Zengquan.,Vacuum Science and Technology(China),J.2002,22:33-35,Steven M.Roper,Stephen H.Davis,Scott A.Norris,et.al.,J.Appl.Phys,.102,034304(2007),R.S.Wagner and W.C.Ellis,Applied Physics Letters,.4,5(1964),Alfredo M.Morales,Charles M.Lieber,Science,.279,5348(1998),Md.Shofiqul Islama,et.al.,Journal of Crystal Growth.,306(2007)276282.,Yi Cui,Lincoln J.Lauhon,Mark S.Gudiksen,et.Al.,APRIL,.78,15(2001),Peidong Yang,et.al.,Adv.Funct.Mater,.,12,5(2002),27,thanks for your attention!,28,