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氧化铝模板孔洞内化学气相沉积法生长Ge纳米线

叶好华  
【摘要】: 纳米材料由于其奇特的物理、化学性质在材料的智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等方面有着诱人的应用前景。因此纳米材料得到了蓬勃的发展,特别是半导体纳米线材料的合成和性能研究,如纳米碳管、纳米硅线、纳米锗线,以及GaN和ZnO纳米线阵列等。 本论文在总结国内外Ge纳米线的制备和性能研究现状的基础上,利用低压化学气相沉积系统,结合氧化铝模板法合成了Ge纳米线。我们能通过纳米氧化铝模板的限制作用实现Ge纳米线的可控生长,并有望实现Ge纳米线的阵列化。这项工作在国内外均为首次,具有创新性。 主要工作如下: 1、利用二步阳极氧化法制备孔洞有序化、而且孔径和深度可控的纳米尺度多孔氧化铝模板。 研究阳极氧化的各种参数对制备氧化铝模板的影响。恒定电压下的阳极氧化过程中,其电流密度基本保持不变,类似于恒定电流密度下的阳极氧化过程。氧化铝模板的厚度与阳极氧化时间呈线性关系,为模板厚度的可控性提供了基础。电场的均匀性对模板孔洞的有序性有很大影响。第一步阳极氧化时间的长短对模板孔洞的均匀性也有很大的影响。要制备高度有序化的氧化铝模板的孔洞阵列,就得延长第一步阳极氧化的时间。通过控制阳极氧化的参数,获得孔洞有序化的而且孔径和深度可控的纳米尺度的多孔氧化铝模板。 2、本文在国内外首次采用氧化铝模板法结合具有高真空背景的LPCVD生长技术合成了Ge纳米线,讨论了生长参数对Ge纳米线的影响,并对Ge纳米线的生长机制进行了探讨。 在低压化学气相沉积过程中,生长温度决定了Ge纳米线的晶体结构。当生长温度较低(600℃)时,Ge纳米线的晶体结构为四方晶系,当温度较高(740 n-W华 浙江人学硕十学位论文2002.6 ℃)时,*e纳米线的晶体结构为立方晶系。当温度介于两者之问时,仇纳米线 的晶体结构同时包含四方晶系和立方晶系。 在低压化学气相沉积过程中,锗烷流量对Ge纳米线的形貌有很大影响。锗 烷流量适中,才不会堵塞氧化铝模板的孔洞口,使Ge纳米线的生长一直遵循晶 体的气-液-固生长机理,在模板的限制作用下形成均匀的Ge纳米线。 在模扳的背面喷金作为催化剂,660C的温度下生长的Ge纳米线是一种多 晶结构,同时包含四方晶系和立方晶系,但以四方晶系为主。Ge纳米线的直径 约为30urn左右,长度为600urn以上。Ge纳米线的生长可能是晶体的气-液-固生 长机理和氧化铝模板的限制作用相结合的结果。我们提出了Ge纳米线的生长过 程模型。 采用氧化铝模板和低压化学气相沉积相结合的方法,能实现Ge纳米线的直 径和长度的可控生长,是一种切实可行的制备纳米线材料的新方法。


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