一维硅纳米线研究进展

一维纳米结构材料主要以硅纳米线以及硅纳米管为主，而硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表，不仅具有半导体所有特殊性质，还展现出不同于普通硅材料的场发射、热导率及可见光致发光等物理性质，在众多热门方面如纳米电子器件、光电子器件，尤其是新能源领域-作为锂离子电池(LIBs)的负极材料目前引起世界的广泛关注，因为其一维几何形状适应了循环过程中硅的大体积变化，并能在所有操作阶段易于电子传递，因此具有巨大的潜在应用价值，成为当今世界科学研究领域的热点和前沿。然而纳米线的大规模可控制备依然是个难题。本文介绍了一维硅纳米线结构的制备、合成方法以及作为硅负极电化学性能的研究进展，并对储锂性能提升机制进行了探讨。     

一步纳米银催化刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列

通过采用一步纳米金属颗粒辅助化学刻蚀法(MACE)成功制备了多孔硅纳米线, 并主要研究了硅片掺杂浓度、氧化剂AgNO₃浓度以及HF浓度对硅纳米线阵列形貌结构的影响规律. 研究结果表明: 较高的掺杂浓度更有利于刻蚀反应的发生和硅纳米线阵列的形成, 这是由于高掺杂浓度在硅片表面引入了更多的杂质和缺陷, 同时高掺杂浓度的硅片与溶液界面形成的肖特基势垒更低, 更容易氧化溶解形成硅纳米线阵列; 在一步金属辅助化学刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列的过程中, 溶液中AgNO₃浓度对于其刻蚀形貌和结构起到主要作用, AgNO₃浓度过低或过高时, 硅片表面会形成腐蚀凹坑或坍塌的纳米线簇, AgNO₃浓度为0.02 mol·L-1时, 硅纳米线会生长变长, 最终形成多孔硅纳米线阵列. 随着硅纳米线的增长, 纳米线之间的毛细应力会使得一些纳米线顶部出现团聚现象; 且当HF溶液浓度超过4.6 mol·L-1时, 随着HF酸浓度的增加, 硅纳米线的长度随之增加. 同时, 硅纳米线的顶部有多孔结构生成, 且硅纳米线的孔隙率随HF浓度的增加而增多, 这是由于纳米线顶部大量的Ag+随机形核, 导致硅纳米线侧向腐蚀的结果. 最后, 根据实验现象提出相应模型对多孔硅纳米线的形成过程进行了解释, 归因于银离子的沉积和硅基底的氧化溶解.      

SiC纳米线的制备及其发光性能的研究

采用热蒸发法,以SiO与活性碳混合粉末为原料在1400℃的条件下制备出SiC纳米线.通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）及X-射线衍射分析（XRD）等手段对制备的SiC纳米线进行了表征及生长机理分析.研究表明：SiC纳米线表面光滑、平直,沿[111]方向生长,直径为30～60nm,长约数十微米,内部为约数十纳米的SiC晶体层外部约为2nm的SiO2层的异质机构.SiO作为硅源时的SiC纳米线产量高于其他硅源.最后通过光致发光（PL）光谱研究了SiC纳米线的PL特性.     

水热法制备硅纳米线及其物理性能研究

采用水热法在高压反应釜内的高温、高压超临界水热环境下,以去离子水为反应介质,使活性高且难溶于水的一氧化硅粉末(SiO)通过硅原子的重结晶成核生长出本征硅纳米线。通过温度控制仪控制高压反应釜内温度和压力的变化,探索制备硅纳米线的最佳水热条件。通过多次实验探索,得知水热法制备硅纳米线的最佳条件是温度大于等于450℃、压力在9～10 MPa。然后通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、高分辨透射电镜(HRTEM)观察SiNWs的形貌和结构,分析其组成成分。通过SEM可观察到硅纳米线表面光滑、最小直径达50 nm及长度为3～5μm,由EDX图像可知SiNWs中只有硅和氧两种元素,而且Si∶O原子数比为3.5∶1.0。在HRTEM下可知硅纳米线是由芯部的晶体硅结构和外部无定形的二氧化硅包覆层组成,且包覆层小于5 nm。研究了本征SiNWs的拉曼光谱,发现拉曼主峰蓝移且在低频发生不对称宽化,分析认为是硅纳米线中存在的压应力和缺陷导致的。同时,在实验的基础上解释水热法制备SiNWs的机制,SiO在水热环境下歧化反应生成硅和二氧化硅,然后Si和SiO2开始堆叠生成SixO,即大量的纳米团簇,在一定温度下硅原子重结晶,同时在SixO的引导下沿一维方向生长。     

半导体用钨硅薄膜的制备技术及应用研究进展

钨硅薄膜具有电阻率低、热稳定性强及抗化学腐蚀性能优异等特点,是半导体集成电路重要的构成部分,主要作为栅极接触层、扩散阻挡层或者黏附层等来进行使用。本文归纳了半导体用钨硅薄膜的制备技术及应用方面的研究进展,首先分别对物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)制备钨硅薄膜的方法进行介绍,并分析了各种制备工艺的优缺点,并进一步对钨硅薄膜在半导体中的主要应用场景进行了介绍。最后分析了钨硅薄膜的未来发展前景,认为随着半导体产业的不断发展及钨硅薄膜应用的持续拓宽,钨硅薄膜的重要性将会进一步显现,钨硅薄膜的制备技术必将获得进一步的提升。     

硅钛摩尔比对熔盐电化学制备硅钛合金的影响

为研究硅/钛摩尔比对熔盐电解制备硅钛合金组分及形貌的影响,以等摩尔比的CaCl2-NaCl熔盐为电解质,通过改变电解原料中硅/钛摩尔比,在槽电压2.4 V、电解温度700℃下电解5 h获得电解产物。结果表明,当硅/钛摩尔比分别为20、25和50时,电解产物均为单质Si和TiSi2合金,微观形貌分别为50~100 nm纳米线和50~200 nm微粒混合、30~50 nm纳米线和100~250 nm微粒以及粒径0.2~2.5μm的块状颗粒。     

低温电沉积硅工艺研究进展

半导体硅的传统制备工艺主要有直拉法、区熔法及气相沉积法等,这些制备工艺都需要在高温下进行,且涉及到大型设备,制备成本较高,操作较为复杂。采用低温电沉积法制备硅具有简单可控、低成本的特点,因而受到了研究者青睐。主要从电极、溶剂的选取及电沉积方法等方面阐述了低温电沉积硅工艺研究现状,同时对低温电沉积硅存在的问题和发展趋势进行了讨论。     

锗酸锶纳米线光催化降解罗丹明B的研究

以锗酸锶纳米线作为光催化材料,分析了光照时间、锗酸锶纳米线用量及罗丹明B浓度对锗酸锶纳米线光催化降解罗丹明B的影响。固体紫外漫散射光谱表明锗酸锶纳米线属于典型的半导体,禁带宽度为3.67eV。随着光照时间的增加,罗丹明B的降解率增加。罗丹明B的起始浓度为10mgL-1、锗酸锶纳米线用量为20mg及光照时间4h时,罗丹明B的降解率为72.39%。随着罗丹明B浓度的增加,其降解率降低至34.92%。     

高介电常数栅介质的性能及与硅衬底间的界面稳定性

二氧化硅由于具有良好的绝缘性能及稳定的硅／二氧化硅界面而长期用于硅集成电路的制备。然而对于纳米线宽的集成电路，需要寻找新的高介电常数（高k）的栅极介质材料代替二氧化硅，以保持一定的物理厚度和优良的耐压及漏电性能。这些栅极候选材料必须有较高的介电常数，合适的禁带宽度，高质量的表面形貌和热稳定性并与硅衬底间有良好界面。此外，其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容。本文从固体物理和材料科学理论出发，阐述选择高k栅介质材料的基本原则，介绍目前研究的材料体系、制备方法、材料性能以及界面稳定性，并展望了这些高k栅介质材料的应用前景。     

骨状3-D硅作为医疗设备的潜在用途

<正>芝加哥大学化学系副教授TIAN Bozhi领导的研究小组通过化学方法制备出第1个骨架状硅骨针。以骨的形成作为指导,将硅发展成一种可以改善软组织和硬质材料之间相互作用的合成材料。在6月26日发表于Science的论文中,田教授和来自芝加哥和西北大学的合作者描述了这种新方法的合成和微观三维半导体的制造(纳米和宏观尺度之间的状态)。该团队在半导体和生物材料的发展上实现了3个进步,为设立电子产品加强生物界面的检测和刺激开     

世界半导体硅材料发展现状

从市场、技术和产业化的角度论述了世界半导体硅材料的发展现状和趋势。主要表现为：半导体行业新的一轮高速发展逐步形成，将极大带动半导体硅材料的发展；单晶硅大直径化稳步推进，300mm渐成主流；伴随着太阳能电池用硅量的增加，多晶硅的供应由过剩转为短缺，但长远看有望逐步达到平衡。     

世界半导体硅工业新动向

文章从技术和市场两方面概括了近年来世界半导体硅工业的新动向。评述了单晶中的氧行为,CLF-CZ、FCCZ、MCZ等方法的应用,分析了硅工业的发展方向与国际市场的变化。     

SiC半导体不同晶面氧化机理及动力学的研究进展

SiC作为一种综合性能优异宽禁带半导体,在金属氧化物半导体场效应晶体管中具有广泛的应用。然而SiC热氧化生成SiO₂的过程具有各向异性,导致不同晶面上的氧化速率差异较大,这会对半导体器件的性能产生不利影响,因而研究SiC各个晶面上SiO₂的生长规律尤其重要。建立有效合理的动力学模型是认识上述规律的有效手段。本文从反应机理和拟合准确度两方面对目前具有代表性的改进的Deal-Grove模型（Song模型和Massoud经验关系式）以及硅碳排放模型（Si?C emission model）进行系统研究和比较。在此基础上,分析已有模型的优缺点,提出本课题组建立的真实物理动力学模型应用的可能性,为SiC不同晶面氧化动力学的准确描述提供进一步优化和修正思路。      

Slag refining of silicon and silicon alloys: a review

Silicon is considered as the most appropriate semiconductor material for manufacturing solar cells because of its abundance in the earth’s crust and its nontoxicity. One of the main concerns of the silicon industry in the past few years has been developing an environmentally and economically viable process dedicated to production of solar grade silicon. One of the promising techniques for purification of silicon is slag refining which is based on oxidation of the impurities, followed by their dissolution into a slag phase. This article reviews various slag refining processes employed for purification of silicon and silicon alloys.     

Advances in Rare Earth Application to Semiconductor Materials and Devices

The development of rare earths (RE) applications to semiconductor materials and devices is reviewed. The recent advances in RE doped silicon light emitting diodes (LED) and display materials are described. The various technologies of incorporating RE into semiconductor materials and devices are presented. The RE high dielectric materials, RE silicides and the phase transition of RE materials are also discussed. Finally, the paper describes the prospects of the RE application to semiconductor industry .     

Cu纳米线的研究进展

Cu纳米线作为金属纳米线中的典型代表,一方面在未来的微-纳电子器件中具有极其重要的应用价值,另一方面可为实验研究某些新奇的物理现象,比如可为电导量子化和尺寸效应等提供理想的模型系统。该文系统地阐述Cu纳米线的合成方法(包括模板辅助法,直接气相沉积法,外场诱导法等)和性能(电学、光学、力学等)方面的研究进展,并指出Cu纳米线在实际应用中将遇到的问题和可能的解决方案。     

腐蚀条件对氧化铝纳米线制备的影响

采用阳极氧化法制备多孔阳极氧化铝(AAO)模板,研究磷酸溶液中氧化铝纳米线的化学刻蚀合成.分析磷酸溶液的浓度和反应温度对氧化铝陶瓷纳米线生长的影响,探讨化学腐蚀法制备氧化铝陶瓷纳米线的反应温度区间和溶液的浓度范围.实验结果表明,腐蚀溶液的反应温度愈高或腐蚀溶液浓度愈高,纳米线出现时间愈早,生长速率愈快,最终纳米线长度愈长.氧化铝纳米线的制备与腐蚀溶液的浓度和反应温度密切相关.在浓度为4%-10%的磷酸溶液和35-60℃的温度范围内都形成氧化铝陶瓷纳米线.