Si/SiC纳米复合薄膜与热蒸发法制备Si纳米线的研究

【摘要】： 低维硅基纳米材料由于性能优越并且可以和现有的硅基平面工艺相兼容而具有很广泛的应用前景。本文对于两种低维硅基纳米材料——Si/SiC纳米复合薄膜和Si纳米线分别进行了制备方法、性能和机理的研究。 通过射频交替溅射或共溅射的两种方式和后续的退火制备了Si纳米晶镶嵌在SiC基体中的Si/SiC纳米复合薄膜。交替溅射得到的多层膜结构的Si/SiC纳米复合薄膜在1200°C以上退火后出现了大约分别位于352 nm的紫外发射带和位于468 nm的蓝光发射带,并且随着退火温度的升高增强。高分辨透射电镜观察到Si纳米晶的形成,傅立叶红外吸收光谱显示形成了Si-O-C键。分析认为位于468 nm的蓝光发射带是由于退火形成的Si纳米晶的量子限制效应导致的,而位于352 nm的紫外发射带是来自于退火形成的Si-O-C的复杂化合物。共溅射得到的薄膜在退火后出现了紫外发光峰,推测也有可能是由于退火形成的Si-O-C键导致的。Si纳米线是通过对把单晶硅片封闭在一个小区域中、高温常压、没有加催化剂下的情况下简单热蒸发制备得到的,Si纳米线长度达到了毫米级别。高分辨透射电镜显示Si纳米线芯部为单晶外层有很薄的氧化层,直径约在10-30 nm之间。分析认为单晶硅片形成的Si-O层、封闭区域、高温和慢速冷却是Si纳米线生长的重要因素,提出了自诱导的气-液-固机制来解释它的生长机制,另外说明Si纳米线的生长催化剂并不是必需的。