论文题目: 一维纳米硅材料的制备与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 牛俊杰
导师: 杨德仁,沙健
关键词: 纳米硅丝,化学气相沉积,机理,散射
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,一维纳米半导体材料由于其特殊的物理性质被人们广泛地研究。而作为现代微电子产业基础的硅材料,其一维纳米尺寸(纳米硅线、管)的材料制备和性能研究更是引起了人们的兴趣。 本论文通过CVD、热蒸发等方法,制备了有序化自组装纳米硅丝阵列、不同直径纳米硅丝、纳米硅管等一维纳米材料。并且通过SEM、FESEM、TEM、HRTEM、SAED、XRD等测试手段,对纳米硅材料进行了形貌和结构分析;此外,还通过Raman散射、FTIR红外分析、PL荧光光谱分析等仪器,对纳米硅丝的光学性能进行了分析。本论文主要结论如下所述: 自组装阵列化纳米硅丝:论文采用NCA氧化铝模板,并结合CVD技术,成功制备出了高度阵列化排列的纳米硅丝。通过结构分析,这些整齐排列的纳米硅丝晶体质量良好,其生长方向主要为Si(111)晶向。纳米硅丝的直径可以通过调节NCA纳米孔的直径大小来调节,一般为10-100nm之间;其长度可以通过调整不同的模板厚度以及生长时间来改变。同时论文研究了对低温生长的原生纳米硅丝在高温下长时间退火,得到了结晶理想的纳米硅丝结构。 硫化物辅助法生长纳米硅丝:论文提出利用硫化物辅助制备纳米硅丝的新方法。该方法通过高温热蒸发硫单质或者硫化物,用硅片作为衬底反应而成。其特点是纳米硅丝的硅源不是来自硅烷或者硅氧化物,而是来自硅衬底本身。该方法制备简单,并且硫在其生长过程其起到辅助作用,但最后生成气体消失,不会对硅丝造成污染,并且硅源直接来自于衬底本身,减少了制备流程。结合纳米硅丝的生长过程,论文提出了一种硫化物辅助生长机理。 CVD和NCA氧化铝模板技术制备多晶纳米硅管:论文利用CVD和NCA氧化铝模板技术,制备出纳米硅管。尽管人们对纳米硅管进行过理论上的分析,但是由于其结构上的限制,在实验中很难被合成出来。论文利用VLS机理,加上氧化模板中纳米孔的限制作用,在CVD系统中成功地合成出了纳米硅管结构。通过EDX能谱测试,该结构主要为Si和少量氧组成;其直径大约为50-100nm,这与NCA模板纳米孔的直径有关;通过HRTEM观察,其晶体结构为部分结晶,一般为多晶和非晶相结合的结构。 纳米硅丝的一级Raman散射、付立叶红外(FTIR)及荧光光谱(PL)研究:论文研究了纳米硅丝的光学性质,结合考虑温度效应的声子限域模型,对纳米硅丝的一级RamanT0散射峰进行了理论计算,并与实验结果进行了对比。研究发现,考虑温度效应的纳米硅丝一级RamanT0峰与实验吻合的比较一致。据此认为,纳米硅丝的Raman峰与体硅相比的偏移,主要由激光发热引起纳米硅丝内部温度升高,以致其混乱度增加,导致其峰位发生红移:同时发现,对于直径为~30nm和~100nm纳米硅丝的Raman峰位却没
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 前言
参考文献
第二章 文献综述
§2.1 引言
§2.2 纳米硅管的理论研究
§2.3 纳米硅丝的制备及其物理性能研究
2.3.1 纳米硅丝的制备方法及其生长机理
2.3.1.1 VLS法生长纳米硅丝
2.3.1.2 氧化物辅助生长法
2.3.1.3 纯化学法
2.3.1.4 物理刻蚀法
2.3.1.5 等离子活化法
2.3.2 硅纳米丝的生长方向和硅丝直径的控制
2.3.3 硅纳米线的结构
2.3.4 纳米硅丝的物理性能研究
2.3.4.1 PL发光光谱性能研究
2.3.4.2 Raman以及FTIR光谱测试研究
2.3.4.3 纳米硅丝的应用研究
§2.4 小结
参考文献
第三章 一维纳米硅材料实验设计及步骤
§3.1 硅纳米线的制备
3.1.1 CVD以及NCA模板方法
3.1.2 氧化辅助法
3.1.3 硫化辅助法(附Cu_2S微管制备)
3.1.4 物理热蒸发法
§3.2 分析测试设备及方法
§3.3 小结
参考文献
第四章 阵列化纳米硅丝的制备与表征
§4.1 引言
§4.2 多孔氧化铝模板(NCA)形成机理及其性能调节
§4.3 阵列化生长纳米硅丝
§4.4 不同直径纳米硅丝的制备
§4.5 高温热处理纳米硅丝以及其光学性能的改变
§4.6 低温下变温生长纳米硅丝
§4.7 小结
参考文献
第五章 以硅片为基底纳米硅(氧化硅)丝的制备与表征
§5.1 引言
§5.2 硅片上制备纳米硅丝
§5.3 极细纳米硅丝的制备与分析
§5.4 用Ni做催化剂制备SiO_2纳米丝
§5.5 小结
参考文献
第六章 氧化物辅助法生长纳米硅丝与表征
§6.1 引言
§6.2 实验步骤
§6.3 实验结果与讨论
§6.4 小结
参考文献
第七章 硫化物辅助法生长纳米硅丝和Cu_2S微米管与表征
§7.1 引言
§7.2 热蒸发ZnS粉末法制备大量纳米硅丝
7.2.1 实验步骤
7.2.2 实验结果与讨论
§7.3 直接热蒸发S粉末法制备大量纳米硅丝
7.3.1 实验步骤
7.3.2 实验结果与讨论
§7.4 热蒸发ZnS法制备Cu_2S微米管
7.4.1 引言
7.4.2 实验步骤与结果讨论
§7.5 小结
参考文献
第八章 热蒸发法制备纳米硅丝及其机理研究
§8.1 引言
§8.2 实验步骤
§8.3 实验结果与讨论
§8.4 小结
参考文献
第九章 纳米硅丝的一级Raman散射光谱(TO)研究
§9.1 引言
§9.2 实验步骤
§9.3 实验结果与分析
9.3.1 温度效应对纳米硅丝Raman光谱的影响
9.3.2 温度效应对纳米硅丝结构的影响
§9.4 小结
参考文献
第十章 采用混乱诱导模型(disorder-induced mode)研究纳米硅丝FTIR光谱
§10.1 引言
§10.2 实验步骤
§10.3 实验结果与讨论
§10.4 小结
参考文献
第十一章 CVD和NCA模板技术制备纳米硅管
§11.1 引言
§11.2 纳米硅管理论研究意义以及实验进展
§11.3 实验步骤
§11.4 实验结果与讨论
§11.5 后续-关于纳米硅管最新研究进展
§11.6 小结
参考文献
第十二章 其它一维纳米硅材料的制备及其性能测试
§12.1 纳米硅丝的发光光谱(PL)研究
§12.2 氧化铝模板内部生长细纳米硅丝束状结构
12.2.1 引言
12.2.2 实验步骤
12.2.3 实验结果与讨论
§12.3 B掺杂纳米硅丝的制备以及初步光学研究
12.3.1 引言
12.3.2 实验步骤
12.3.3 实验结果与讨论
§12.4 无催化剂方法生长硅纳米棒
§12.5 Si／SiO_2纳米电缆
§12.6 硅纳米胶囊结构
§12.7 宏观纳米硅丝的Ⅰ-Ⅴ初步探索
§12.8 小结
参考文献
第十三章 总结
在读期间发表论文(著作)
致谢
发布时间: 2006-05-10
参考文献
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