贵州大学2018届硕士研究生学位论文
摘要
硅纳米线具有不同于其它低维度纳米材料独特的光学、电学、场发射性能，使其在光伏器件、场发射器件、电子传输等方面具有特殊作用。此外，硅纳米线还具有硅材料的半导体性质，能与现有半导体工艺相兼容，进一步展现其它纳米材料无法达到的优势，广泛应用于太阳能电池、传感器等方面。目前，硅纳米线在研究上虽然取得很大的进步，但离实际工业化大规模生产和应用还存在许多亟待解决的问题。比如，硅纳米线的制备工艺路线多但不成熟，无法达到批量生产；
同时制备成本一直居高不下，难以实现工业化生产。因此，通过选择合适的硅源并详细研究硅纳米线制备工艺，以实现硅纳米线的工业化应用具有十分重要的意义。
本文提出采用磷化工副产廉价的四氟化硅（SiF4）气体为硅源生长硅纳米线，一方面提高磷化工企业经济效益，另一方面为硅纳米线的制备工艺提供一种新的途径。论文主要包括三个部分：第一部分，采用气液固生长机理(VLS)、常压化学气相沉积法(CVD)、四氯化硅(SiCl4)为硅源对硅纳米线的合成路线进行初步探索。结果表明，硅纳米线生长的硅源来自实验提供的气态硅源，并确认了退火处理在硅纳米线制备中的重要性。第二部分，以第一部分实验为基础，展开以浓度为99.9%(简称3N)SiF4气体生长硅纳米线的工艺研究。通过氟硅酸(H2SiF6)分解得到SiF4气体并以此气体为硅源，对该体系合成硅纳米线的路线进行详细实验，考察退火时间、载气流量、反应温度、反应时间等工艺条件对硅纳米线生长的影响。结果显示，退火时间主要影响合金液滴的数量及尺寸；载气流量主要影响硅源在合金液滴上的停留时间及硅源的浓度大小；反应温度不能低于1000℃；硅纳米线的直径及产量随着反应时间的增加而增加。第三部分，采用浓度为
99.999%(简称5N)SiF4气体生长硅纳米线，进一步确认硅纳米线在此体系下的生
长机理。结果表明，在硅纳米线的形成过程中，一部分SiF4分子先与衬底上的单质硅反应生成SiF2，活泼的SiF2分子进一步和SiF4分子在催化剂合金液滴表面发生吸附反应，最终不断生长形成硅纳米线。
关键词：硅纳米线；副产SiF4；CVD法；VLS生长机理；制备工艺
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万方数据