含Si纳米结构可控生长及生长机制研究
本文使用热蒸发的方法合成Si和SiO2等纳米材料,研究了Si纳米线不同生长方向的可控生长及生长条件对这些纳米材料结构形态的影响,并对纳米材料的生长机制进行了探讨。本文主要分为四部分。
(1)论文研究了Si纳米线生长条件和生长方向的关系。Si纳米线通过热蒸发SiO获得。实验结果表明温度能影响Si纳米线的生长方向。在低温衬底上Si纳米线生长方向主要沿<110>;而在高温衬底上产物为章鱼状Si纳米线,生长方向有<110>、<112>、<111>、<100>等。通过TEM和HRTEM表征,发现章鱼状Si纳米线与端部Si颗粒有很好的外延生长关系。
(2)讨论了在不同温度衬底上,两种不同形貌Si纳米结构的产生原因,认为温度控制着Si纳米线的择优生长方向。使用分子动力学模拟的方法,我们获得了几个典型的低指数面{100},{110}和{111}在不同温度下的表面能,并计算了不同生长方向Si纳米线的总表面能。说明了Si纳米线生长方向的改变是各个低指数面相对表面能随温度的变化引起的。
(3)使用直接加热SiO粉末的方法,得到了大量非晶SiO2纳米线,光致发光(PL)谱测试结果显示纳米线在波长550nm处存在一个较强的PL峰。本文进一步指出了实验条件对纳米线生长有强烈的影响。SiO粉末颗粒度越小,SiO2纳米线的生长越容易,产量越高；较低的温度有利于非晶SiO2纳米线的生长,高温将导致晶体Si的形成；随反应时间延长,纳米线的长度增大,可以得到大量毫米数量级的超长SiO2纳米线,而且纳米线的直径变粗。另外,通过直接加热镀有碳膜的Si片,合成了包括纳米线,纳米弹簧和纳米辫子等不同形貌的非晶SiO2-维纳米结构。
(4)不同形态的Si/Ge及其氧化物复合纳米材料的控制合成。使用热蒸发的方法,直接加热Si和GeO2的混合粉末,在Si衬底的不同温度区域上合成了章鱼状、羽毛球状、扫把状、蘑菇状、花瓣状和刺状等不同形貌的Si/Ge及其氧化物的复合纳米结构。利用透射电镜的明场像、高分辨像以及扫描透射模式下的能谱的面扫对各种纳米结构进行了详细的成分分析并讨论了不同纳米结构的形成过程。
Si纳米结构;可控生长;生长机制
北京工业大学
硕士
凝聚态物理
韩晓东
2008
中文
TB383
73
2009-03-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）