半导体纳米线是未来电子、光子、能源和生物应用有前景的构建单元。因此,可同时实现大规模和纳米级成分控制的半导体纳米线制备工艺的开发至关重要。近日,佐治亚理工学院Michael A. Filler等研究了中空微胶囊内三种类型的半导体纳米线的气一液一固生长:nominally intrinsic Si (i-Si)、磷调控Si (i-Si/n-Si)和异质结构SiGe合金(SixGe1-x/SiyGe1-y)纳米线。
本文要点:
1)Geode工艺在微胶囊粉末的大内表面积上实现纳米线生长,提高了半导体纳米线制备的可扩展性,同时保持纳米级可设计性。微胶囊壁引入的热量和质量传输限制可以忽略不计,从而能够在微胶囊内实现和传统平面基底上生长纳米线相同程度的成分控制。高效的热量和质量传输还最大限度地减少了在具有不同直径和壁厚的微胶囊中生长的纳米线的结构变化。
2)合成的微晶棒含有致密的单晶纳米线网络,因此可以使通过传统的拉曼光谱来评估它们的结晶度。实验表明,空心微胶囊内合成的SixGe1-x/SiyGe1-y纳米线的成分控制与平面基底上合成的的基本没有区别。对于SixGe1–x/SiyGe1–y纳米线,作者展示了至少16个片段的控制,片段长度低于75 nm,纳米线到纳米线的片段长度变化小于6%。
该工作表明Geode工艺在可扩展合成具有可控成分的半导体纳米线方面具有重大前景。
Maritza Mujica, et al. Programming Semiconductor Nanowire Composition with Sub-100 nm Resolution via the Geode Process. Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02545