一種制備超細(xì)垂直取向納米線的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用有機(jī)氣源為原料在絕緣襯底上制備超細(xì)垂直取向納米線的方法，屬于先進(jìn)半導(dǎo)體材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]直徑在10納米以下的半導(dǎo)體納米線材料具有眾多區(qū)別于宏觀體材料的特性。比如其特有的量子尺度效應(yīng)導(dǎo)致其禁帶寬度較大；其大比表面積導(dǎo)致其表面效應(yīng)突出，表面特性的表現(xiàn)甚至超過其體特性的表現(xiàn)。這些新奇的特性使得小尺寸的納米線材料在眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為此，關(guān)于小尺寸納米線的制備和性質(zhì)一直是相關(guān)領(lǐng)域的重要研宄課題。特別地，直徑10納米以下的小尺寸半導(dǎo)體納米線材料的制備一直是相關(guān)領(lǐng)域研宄的熱點。
[0003]目前，制備直徑10納米以下的超細(xì)納米線主要使用化學(xué)方法。物理方法由于難以控制納米線的小尺度成核過程，所以難以實現(xiàn)小尺度納米線的生長?；瘜W(xué)法制備小尺度納米線優(yōu)點是適合大量制備，獲得的產(chǎn)物質(zhì)量較好，但是其存在成本較高，條件比較難控制，產(chǎn)物比較容易受到污染等缺點。另外，對于半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)用途，需要納米線以某種形態(tài)附著于襯底上，比如對于場發(fā)射器件需要納米線垂直生長于襯底上。又比如適用于探針顯微鏡的納米線針尖則需要納米線垂直于襯底位于針尖頂部。而使用化學(xué)方法制備的納米線一般都需要特殊的途徑才能將納米線以特定的形態(tài)置于襯底上面。這一途徑通常比較復(fù)雜，不便于后期的操作。如果能夠直接在襯底上制備垂直取向的超細(xì)納米線材料則可以省去納米線定位的這一步驟。
[0004]為此，本發(fā)明提出使用靜電吸附原理，利用靜電吸附過程中的取向效應(yīng)和局域場強(qiáng)增強(qiáng)效應(yīng)制備垂直取向的超細(xì)納米線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種使用高能粒子束輻照絕緣材料表面使其帶電，隨后使用有機(jī)氣源為原料，使有機(jī)氣源分子吸附到帶電表面后生長成垂直取向的超細(xì)納米線的方法?？梢詫崿F(xiàn)直徑5納米以下，長度20納米的超細(xì)納米線制備。納米線的面分布密度可以達(dá)到 0.4/nm2。
[0006]當(dāng)高能粒子，比如電子束或者離子束輻照在材料表面時會使材料表面產(chǎn)生殘余電荷。殘余電荷的多少取決于電子束的強(qiáng)度和輻照劑量，同時也與所使用的材料密切相關(guān)。另夕卜，表面殘余電荷的多少也影響材料表面的電場強(qiáng)度。如果材料本身是絕緣的或者非絕緣材料使用絕緣材料連接進(jìn)行絕緣后，由于高能粒子輻照產(chǎn)生的電荷會在表面積累并形成表面電場。電場的分布與電荷的分布和材料的表面形狀相關(guān)。比如平坦表面的電場分布一般比較均勻，而表面有凸起的表面會發(fā)生在凸起部位的電場聚集效應(yīng)，在電場超過一定閾值的時候會在凸起處產(chǎn)生尖端放電。如果有揮發(fā)性分子處于電場作用的范圍，則電場的極化效應(yīng)和不均勻電場引起的取向效應(yīng)等等效應(yīng)會使分子產(chǎn)生自發(fā)極化并與其周圍的電場產(chǎn)生力的作用，這一作用力驅(qū)動分子往材料表面運動并最終在材料表面吸附。吸附在材料表面的分子會產(chǎn)生額外的形狀效應(yīng)，這一效應(yīng)與分子的導(dǎo)電特性相關(guān)。一般而言分子在材料表面吸附后會產(chǎn)生凸起的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會使得周圍產(chǎn)生電場集中并進(jìn)一步促進(jìn)后續(xù)的分子吸附在相同位置。隨著分子在凸起的尖端處的不斷吸附，最后就生成了納米線。納米線的高度由表面電場的強(qiáng)度決定。具體而言這一
【發(fā)明內(nèi)容】
可以如下實施:
[0007]一種制備超細(xì)垂直取向納米線的方法，具體步驟如下:
[0008](I)將需要生長納米線的襯底放入真空室；
[0009](2)將步驟(I)中所述的真空室抽真空，控制真空室壓強(qiáng)在I(T4-K)-6Pa ；
[0010](3)當(dāng)步驟(2)中所述真空室達(dá)到所需真空度后，開啟高能粒子束對襯底表面進(jìn)行輻照；
[0011](4)待步驟(3)所述襯底表面形成電荷分布并形成一定強(qiáng)度的表面電場，所述表面電場強(qiáng)度大于lX104V/cm，小于襯底材料的破壞場強(qiáng)；之后通入源氣體，通入氣體后真空室內(nèi)的壓強(qiáng)在10_3-10_5Pa;
[0012](5)經(jīng)過I秒-10分鐘后完成納米線生長，獲得直徑在5納米以下的垂直取向的納米線。
[0013]進(jìn)一步的，步驟(4)中所述表面電場強(qiáng)度大于源氣體可生長成垂直取向納米線的臨界場強(qiáng)。
[0014]進(jìn)一步的，步驟(I)中所述襯底若為絕緣的襯底，可直接置入真空室；若為非絕緣的襯底，則應(yīng)使用絕緣材料連接進(jìn)行絕緣處理后，再置入真空室。
[0015]進(jìn)一步的，步驟(3)中高能粒子束對襯底表面進(jìn)行輻照，輻照的區(qū)域可為選定的特性區(qū)域。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(4)中所述源氣體的材料為:丙烯酸、PEG、聚二烯丙基二甲基氯化銨、Fe (CO) 5、W(CO) 6、WF6、Pt (PF3) 4、D2GaN3或者(CH 3) 3CH3C5H4Pt。
[0017]有益效果
[0018]使用以上原理和過程制備納米線結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點:
[0019]1、可以大面積制備。只要是帶電荷的表面，在表面電場較大的區(qū)域均可以實現(xiàn)納米線的生長。
[0020]2、高精度，可定點。整個過程通過控制電子束的位置來進(jìn)行，而目前比較好的電子束輻照系統(tǒng)其定位精度可以控制在亞納米水平。因此，此方法可以實現(xiàn)高精度的定點制備。
[0021]3、無催化劑。整個過程中不需要使用催化劑。而目前制備納米線的方法大多需要使用催化劑。這一方法減少了催化劑帶來的可能的污染。
[0022]4、室溫即可進(jìn)行，無需高溫，方便的制備工藝。目前比較多的納米線制備需要使用高溫條件，不利于節(jié)能和降低成本。
[0023]5、可以獲得小尺寸的納米線。使用本方法獲得的納米線直徑一般在5納米以下。
[0024]6、可以實現(xiàn)多種材料納米線的制備。其可制備的材料僅僅取決于所使用的氣源。只要有合適的氣源就可以實現(xiàn)相應(yīng)的納米線材料的制備。
[0025]7、制備過程較快速。因為靜電吸附過程一般比較快速，所以整個制備過程可以較迅速的完成。
[0026]8、納米線完全垂直于襯底生長。納米線具有完好的取向，不需要額外的過程。
[0027]9、使用含有金屬氣體有機(jī)物，基于本發(fā)明的原理均可以實現(xiàn)制備金屬納米線的制備。比如Me (CO) X類的化合物比如Fe (CO)5, W (CO)6,以及金屬鹵化物比如WF6,以及其他類似材料比如 Pt (PF3) 4) D2GaN3, (CH3)