[发明专利]一种利用二氧化锡制备单根Si纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅纳米线的制备方法，具体涉及一种利用二氧化锡制备单根Si纳米线的方法。

背景技术

纳米线是指作为各种半导体纳米结构物之一，具有纳米级尺寸的线结构体。根据不同的生长机理，制备硅纳米线的方法主要分为以下几种：(1)金属催化气-液-固(VLS)生长硅纳米线在硅源中加入Fe、Ni、Au、Ag等金属催化剂，依据VLS生长原理采用激光烧蚀、热蒸发法、化学气相沉积法制备出大量硅纳米线。(2)氧化物辅助生长硅纳米线，但是在以金属或金属氧化物为催化剂制备硅纳米线的过程中，发现并不是每一根硅纳米线的顶端都有催化剂小球。研究发现，在一定条件下不使用金属催化剂也可以得到内部为硅晶外部被二氧化硅层包覆的硅纳米线。(3)模板法，目前常用于制备硅纳米线的模板有阳极氧化铝模板、沸石模板等。模板法可以用于制备包括硅纳米线在内的金属、半导体、碳、聚合物等纳米线。

本发明突破性的采用金属氧化物作为催化剂，利用了等离子体增强化学气相沉积方法的沉积温度低、沉积元素的可控性等优点，解决了传统方法能耗大，成本高的问题。

发明内容

为克服现有技术中的问，本发明的目的在于提供一种利用二氧化锡制备单根Si纳米线的方法，创新性的采用金属氧化物催化生长单根硅纳米线，打破了传统的贵金属催化生长硅纳米线的方法，有效的降低了生长硅纳米线的成本，为硅纳米线的大批量生产提供了有效的技术支持。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种利用二氧化锡制备单根Si纳米线的方法，包括以下步骤：

1)催化生长硅纳米线的金属氧化物SnO₂的制备：

将掺氟氧化锡涂层导电玻璃作为衬底，并置于等离子体增强化学气相沉积装置的真空腔内的下极靶样品台上；抽至真空，同时加热衬底；再通入Ar气并电离成等离子体，同时采用流动的Ar气调节真空腔内的压强维持在10-100Pa；然后通入SiH₄和H₂，掺氟氧化锡涂层导电玻璃上的掺氟氧化锡涂层融化成直径<0.2μm的液相SnO₂球体；

2)根据固-液-气生长原理催化生长硅纳米线：

在真空下，加热到沉积温度450-750℃，并以沉积功率为10-75W、沉积压强为80-140Pa、沉积时间为50-90min、靶间距离为2.5-3cm进行沉积，得到单根Si纳米线。

本发明进一步的改进在于，掺氟氧化锡涂层导电玻璃上掺氟氧化锡涂层的厚度小于0.15μm。

本发明进一步的改进在于，加热衬底的温度为200-350℃，加热的时间为3-8分钟。

本发明进一步的改进在于，SiH₄的流量为2-20Sccm，H₂的流量为10-100Sccm。

本发明进一步的改进在于，步骤1)和步骤2)中的真空度均为1×10^-4Pa。

本发明进一步的改进在于，进行步骤1)前，将掺氟氧化锡导电玻璃于室温下置于无水乙醇中超声波震荡去除掺氟氧化锡导电玻璃表面的污渍。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：