納米線的制備方法

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上納米線的制備方法與零維量子點相比，納米線具有陣列結構因此有更大的表面或體積比，尤其是他們所具有的直線電子傳輸特性，十分有利于光能的吸收和光生載流子的快速轉移，由此使得這類準一維納米結構更適宜制作高效率太陽電池（Si納米線太陽電池）。TiO2納米線和ZnO納米線則主要用于染料敏化太陽電池的光陽極制作。Si納米線的生長方法：迄今為止，已采用各種方法制備了具有不同直徑、長度和形狀的高質量的Si納米線，利用各種表征技術對其結構特征進行了檢測分析，就制備方法而言，目前主要有熱化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積、等離子體化學氣相沉積、激光燒濁沉積、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)（EBE）、溶液法

2、和水熱法等；就生長機制而言，則主要有氣液固（VLS）法、氣固（VS）法、氣固固（VSS）法、固液固（SLS）法等，就納米線類型而言，又有本證Si納米線和摻雜Si納米線之分。研究指出，Si納米線的生長于Si納米晶粒和量子點的形成不同，后者只需襯底表面具有合適密度與尺寸的成核位置，而前者除了具備上述條件外，還需要同時滿足線狀結構的生長規(guī)律與特點，因此工藝技術要求更加嚴格。研究者從實驗中發(fā)現(xiàn)，如果能夠利用某一催化劑進行誘導，使納米點或團簇在催化劑的方向趨使作用下按一定去向生長，預計可以形成納米線及其陣列結構。大量的研究報道指出，以不同的金屬作為Si納米線合成的催化劑，利用VLS機制可以實現(xiàn)在Si晶體

3、表面上Si納米線的成功生長。目前，作為制備Si納米線的主流工藝應首推采用金屬催化的VLS生長技術，這種方法的主要工藝步驟是：首先在Si襯底表面上利用濺射或蒸發(fā)等工藝沉積一薄層具有催化作用的金屬（Au、Fe、Ni、Ga、Al），然后進行升溫加熱，利用金屬與Si襯底的共晶作用形成合金液滴，該液滴的直徑和分布于金屬的自身性質、襯底溫度和金屬層厚度直接相關。此后，通過含Si的源氣體（SiH4、Si2H6、SiCl4）的氣相輸運或固體靶的熱蒸發(fā)，使參與Si納米線生長的原子在液滴處凝聚成核，當這些原子數(shù)量超過液相中的平衡濃度以后，結晶便會在合金液滴的下部分析出并最終生長成納米線，而合金則留在其頂部，也就是

4、說，須狀的結晶是從襯底表面延伸，按一定的方向形成具有一定形狀、直徑和長度Si納米線的。 除了VLS機制外，SLS機制也可以用于Si納米線的可控生長，在這種情況下，預先在Si襯底表面沉積一層約厚10nm的金屬薄膜（Au、Ni、Fe），然后再N2保護下進行熱處理，隨著溫度的升高，金屬催化粒子開始向Si襯底中擴散在界面形成Au-Si合金，當溫度達到二者的共熔點時，合金開始融化并形成合金液滴，此時將有更多的Si原子擴散到這些合金液滴中去，當?shù)獨馔ㄈ敕磻抑袝r，液滴便面溫度會迅速降低，這將導致Si原子從合金的表面分離和析出，其后，在退火溫度為1000°C和氮氣流量為1.5L/min的條件下，便

5、可以實現(xiàn)可控Si納米線的生長。在這，SLS與VLS生長機制的主要不同是：前者是以Si晶片襯底作為參與Si納米線生長的Si原子的原料，而且在形成的納米線頂部沒有金屬Si合金，而后者一般是由氣態(tài)Si源的熱分解提供參與反應的Si原子，同時所合成的Si納米線頂部有金屬Si合金的存在。ZnO納米線的生長：從納米線的生長機制角度而言，ZnO納米線的生長主要有氣液固（VLS）和氣固（VS）兩種生長方法，與Si納米線的VLS生長相似，ZnO納米的VLS生長也是采用金屬（如Au、Fe、Ni）作為催化劑，首先在一定溫度下利用與襯底的共晶作用形成合金液滴，此后，通過源氣體的氣相輸運或者固體靶的熱蒸發(fā)，是參與生長Zn

6、O納米線的原子在合金液滴處凝聚成核，當該合金液滴處于過飽和狀態(tài)時，就可以實現(xiàn)ZnO納米線或納米棒的生長，但采用VLS合成ZnO納米線機制的具體表述還不盡相同，有研究認為，在ZnO納米線的脈沖激光燒濁沉積生長中，納米線的合成起因于Au-Zn合金團簇，在生長溫度下，Au-Zn合金保持在液相狀態(tài)，該合金團簇則又收到Au-Zn合金尺寸的大小和密度的分布的影響。換言之Au金屬在ZnO納米線的生長中起到了催化劑的作用，而有研究指出，在ZnO納米線的生長中，Au層不是起金屬催化劑的作用，而是起一種掩膜作用，他們認為ZnO納米線的合成過程是：在一定溫度下，首先在由Au掩膜層覆蓋的Si襯底上形成了一層較薄的ZnO非晶層，其后ZnO按一定晶向成核，最后完成了具有擇優(yōu)取向的納米線生長，因此對于ZnO的VLS生長機制還應做進一步的深入研究。而VS法是一種不采用任何金屬作為催化劑的生長方法，從生長機制的角度而言，是通過直接控制和調整工藝參數(shù)，使其滿足自組織生長模式以實現(xiàn)ZnO納米線的生長，VS法通常又可以分為一下兩種方式，即物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。 PVD:氣相蒸發(fā)冷凝法，可采用脈沖激光燒蝕和熱蒸發(fā)兩種工藝合成納米線及其陣列。CVD：化學氣相輸運和凝聚法（CVTC），可以采用熱CVD和MOCVD工藝制備納米線與納米棒等。實