温度和光照对硅纳米线制备及其电学性能的影响

【摘要】：一维纳米材料在物理、化学、光学、电学、磁性、机械、量子等方面有着优良特性,受到学术界越来越多的关注。硅纳米线更是以其独特的半导体性质成为制备微纳电子器件最理想的材料之一。 目前生长硅纳米线的方法较多,经过比较、挑选,我们认为以金属(银)辅助的伽伐尼置换法生长硅纳米线的方法工艺最简单,条件最温和。我们还提出了一种基于银辅助伽伐尼置换法生长硅纳米线的新的反应机理。但以伽伐尼置换为基础,不同小组得出两种不同的硅纳米线形成机制。主要分歧在于被还原后的银在纳米线顶端,还是由于自身重力落在纳米线之间的刻蚀坑中。我们采用双面抛光硅进行硅纳米线生长实验,发现在不同时间下正面和反面硅纳米线的生长速率是几乎一样的。这间接地说明了,被还原的银应该在硅纳米线的顶端。 此外我们在前人总结出的伽伐尼置换法制备硅纳米线生长机理和影响因素的基础上,采用其最优实验参数：35mM硝酸银、20%氢氟酸、反应时间60分钟,进一步研究了温度和光照对伽伐尼置换法制备硅纳米线的影响。探讨了光照对硅纳米线生长长度的影响,及温度对硅纳米线表面形貌和生长长度的影响,并总结出温度和硅纳米线生长长度的关系曲线,从而为快速、精确生长固定长度、排列整齐的硅纳米线阵列提供了参考依据。本文还制备出了长度达400多微米的超长硅纳米线,这基本达到了伽伐尼置换法制备硅纳米线的极限长度,为制作以大长宽比硅纳米线为基材的各种传感器和实现在单根硅纳米线上多器件的集成提供了原材料。 本文还对单根硅纳米线的电学性能进行了初步地测试和分析。实验表明,用伽伐尼置换法制备的硅纳米线其电学性能稳定,在30℃至130℃之间电阻率随着温度的升高而升高,与体硅材料相似。单根硅纳米线由于体表面积大,对光的敏感性也强,在光照条件下比黑暗条件下的电流增加了30%-50%,且光电流会随外置电场强度的增加而增加。