硅斜切衬底上锗硅纳米线的生长及特性分析.docx

硕 士 论 文 粪年A b s t ra c tV ery sm all and co m p actly arran ged G eS i nanow ires w ere self-assem b led on v icinal Si (00 1) substrates w ith ? 8off tow ard (110) during G e dep osition. T he nanow ires w ere all oriented along the m iscut direction. T he sm all ration o f height over w idth of the nanow ire indicated that the nanow ires w ere bordered p artly w ith{10 5 } facets. T hese self-assem b led sm all n ano w ires w ere rem arkab ly in fluenced b y the grow th co nditio ns and the m iscut angle o f sub strates in co m p arison w ith large do m e-like islan ds ob tained after sufficient G e d ep o sition .T hese resu lts p rop o sed that the form ation o f the nanow ire w as energetically driven u nd er grow th kinetic a s s ista n c e .A m u ltilayer o f G e S i n ano w ires sep arated w ith S i sp acers w a s read ily self-assem b led on m iscut S i (00 1) sub strates w ith 8°offtow ard < 110> .T he nanow ires w ere v ery sm all an d co m p actly arran g ed o n th e vicinal surfac e. S ystem atic pho tolum inescence (P L ) sp ectroscop y stud ies w ere carried outon the G eS i nanow ires w ere carried o ut. W ith increasing e xcitatio n p ow er, a sub linear p o w er d ep endent P L intensity and a b lu e-shift of ? 7 m eV /d ecad e w ith nearly consta n t full w idth o f half m a xim um (F W H M ) o f P L p ea ks fro m m ultilayer G eS i nanow ires w as ob serv ed . T hese results indicated a typ ical typ e-II b and alignm ent of G eS i nanow ires/S i. T he blue-shiftw as attrib uted to b and bending effect w ith the increase of p hoto n-generated carriers.T he nearly indep endent F W H M of P L p eaks w ith the excitation pow er w as explained in term s of the form ation o f m ini-b and d ue to stro n g co up lin g of holes in closely neighbo rin g nanow ires.A n activation energy o f ? 12 m eV w as extracted fro m the tem perature-d ep endent intensity o f P L peaks o f the n anow ires, w hich w as assigned to b e the excito n b ind in g energ y around the na now ires. B ased o n R a m a n sp ectra, th e G e co n te n t in G e S i n a n o w ires w as estim a ted to b e ? 6 1% .K eyw ords ： self-assem bly ; S i v icinal sub strate; G eS i nanow ires; m olecular b eamep itaxy; atom ic *force m icroscopy;Photolum inescence; R am an Spectrum .C hinese L ibrary C lassification ：0 4692权“‘ 研究生论文类卑第 一 章 锗 硅 纳 米 线 的研 宄 现 状§1 .1 半 导 体 纳 米 线 及 其 应 用纳 米 线是 一种在 横 向上被 限制 在 1 纳米至 100 纳米 (1 纳米= 10_9米 )之 间( 纵 向 没 有 限 制 ） 的 一 维 结 构 。

在 这 种 尺 度 上 ， 量 子 限 制 效 应 对 其 中 载 流 子 的 分 布 和 运 动 起 了 很 重 要 ,因 此 也 被 称 作 “量 子 线 ”根 据 组 成 材 料 的 不 同 ， 纳 米 线 可 分 为 不 同 的 类 型 ， 包 括 金 属 纳 米 线 ， 半 导 体 纳 米 线 和 绝 缘 体 纳 米 线 量 子 线 是 在 两 个 维 度 上 给 电子 体 系 施 加 量 子 限 制 而 实 现 电 子 能 量 状 态 的 二 维 量 子 化 ， 从 而 使 电 子 仅 能 在 一 个 维 度 上 自 由 运 动 量 子 线 具 有 低 维 体 系 所 特 有 的 性 质 ， 诸 如 量 子 尺 寸 效 应 、 表 面 积 效 应 、 量 子 隧 穿 效 应 、 库 众 阻 塞 效 应 和 介 电 限 域 效 应 等 近 年 来 ，由于 半 导 体 纳 米 线 具 有 独 特 的 电 学 、光 学 和 热 学 等 方 面 的 性 质 [〗]， 半 导 体 纳 米 线 作 为 纳 米 电子 学[2]，光 电子 学 能 量 转 化 和 存 储 I4]， 热 电子 学 [5]以及 同 生 物 细 胞 的界 面 [6]的基 础 材 料 而 备 受关 注 。

由于 与 成 熟 的 Si 技 术 兼 容 ， S i基 纳 米 线 被 广 泛 研 究 A llo n 1.H ochbaum 等 人研 究 」'S i纳 米 线 在 热 电 子 学 上 的 应 用 [5]， 如 图 1.1为 热 导 率 测 试 结 构 图 ￠::: 邏厂i ”吟 > wmmmmrmnm图 1.1 由P t电极 连 接 的 S i纳 米 线 的S E M 图3研究生论文 类卑W oong K im 等人则研宄了S i纳 米 线 在 生 物细 胞上 的应用[6]，如 图 1.2 为与S i纳 米 线 生 长 在 一 起 的 老 鼠 的 胚 胎 干 细 胞 n m m iiig iiiiii iiiiiiiiiiiiiiiiiiii 一 ‘^ U II S u ^ ^ l H ^ H H 50 Jimm w M ^i^ t -l oinr i图 1.2 与 S i纳 米 线 融 合 在 一 起 的 老 鼠 的胚 胎 干 细 胞此外 ，S i纳 米线 还可应 用 在 电子器件 上 ，例 如前不久?Jean-Pierre C olinge等人提 出的没有节 的纳 米 线 晶体 管 [7]，构造 示 意 图如 图 1.3 所示 。

S o u rc eG .r r 、o x id e ；S ilic o nn a n o w ire图 1.3 S i纳 米 线 晶 体 官 ;^ 意 图§1.2 纳 米 线 生 长 方 法 介 绍目前 半 导 体 纳 米 线 村 料 生 长 与 制 备 主 要 集 中 在 几种 比较 成 熟 的 材 料 体 系 上4权“學 研究生论文类年如 A lG aA s, G aA s, InG aA s/G aA s, InG aA s/InP , Z nO ，S iC 以及 G eS i/S i等 半 导体纳 米 线 可 分 为 纵 向 纳 米 线 和 横 向 纳 米 线 生 长 纳 米 线 的措施 大体 可 分 为 如下 六 种 [S]，如 图 1.4所示 图 1.4 (A ) , 用 内 在 结 晶 各 向异 性 的 固体 完 成 一 维 生 长 ；图 1.4 (B ) ，用 液 滴 通 过 气 -液 -固 （V L S ) 方 法 生 长 ； 图 1.4 (C ) ，通 过 模 板 进 行 生 长 ； 图 1.4 (D ) ，覆 盖 试 剂 控 制 动 力 学 生 长 ； 图 1.4 (E ) ，用 零 维 纳 米 结 构 进 行 自组 装 生 长 ； 图 1.4 (F ) ，用 一 维 微 米 结 构 进 行 减 薄 生 长 。

C ~1[DW | ◎E o o If年OO O OOOO O图 1.4 生 长 纳 米 线 的 六 种 不 同 方 法 示 意 图§1 .2 .1 纵 向纳 米 线 生 长 方 法 介 绍纵 向 纳 米 线 就 是 垂 直 于 表 面 生 长 的 纳 米 线 ，即 纳 米 线 的 纵 轴 垂 直 于 衬 底 表 面 半 导体 纳 米 线 的生 长 方 法 从总 体 来 看 ， 分为 自上 而 下(top-dow n)和 自下 而 上 (bottom -up)两种 目前发展的重要 趋势是寻找原子级无损伤加工措施和应变 自组装 生 长 技 术 ，以求 获 得 无 边 界 损 伤 的 纳 米 线 材 料 常 用 的方 法 一 般 有 两 种 ，一 是5研究生论文 类卑结 构 材 料 生 长 与 微 细 加 工 技 术 相 结 合 的方 法 ，即 自上 而 下 的 方 法 ，即 采 用 M B E或 M O C。