離子注入合成硅基自組裝FeSi-,2-納米結(jié)構(gòu).pdf

1、本文首次采用金屬氣相真空弧離子源(Metal Vapor Vacuum Arc Ion Source,簡稱MEVVA源)進(jìn)行離子注入在硅(100)上合成了具有自組裝效果的FeSi2納米線/棒,通過透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)以及硅化鐵納米晶與硅襯底之間的取向關(guān)系進(jìn)行了深入的分析,揭示了自組裝FeSi2納米線/棒的形成機(jī)理,并采用從頭算起的方法從理論上驗(yàn)證了該機(jī)理的可靠性。此外,本文研究了再退火情況下FeSi2納米線/棒從α相向β

2、相的轉(zhuǎn)變,并對(duì)其光致發(fā)光(PL)特性進(jìn)行了研究。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,離子注入的樣品經(jīng)過1050℃,10個(gè)小時(shí),氮?dú)獗Ｗo(hù)下的管式退火首先在硅襯底的表面形成了α-FeSi2納米顆粒以及具有自組裝效果的納米線/棒,利用透射電子顯微鏡對(duì)各種形貌的α-FeSi2粒子和硅襯底之間的匹配關(guān)系進(jìn)行了深入的分析,發(fā)現(xiàn)α-FeSi2納米線/棒沿襯底的(001)和(010)兩個(gè)方向垂直生長。通過對(duì)界面應(yīng)力能和表面能分析得出結(jié)論,該自組裝的形成機(jī)理主要是由

3、于FeSi2與Si襯底的兩個(gè)生長界面的高界面能差引起FeSi2納米結(jié)構(gòu)的各向異性生長。利用material studio軟件采用第一性原理計(jì)算方法對(duì)FeSi2與Si取向生長的兩個(gè)表面的表面能進(jìn)行了計(jì)算,得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的結(jié)論。 在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中對(duì)α-FeSi2樣品進(jìn)行850℃、2個(gè)小時(shí),氮?dú)獗Ｗo(hù)下的管式退火,以期待在維持其自組裝的結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)從α相到β相的轉(zhuǎn)變。從透射電子顯微鏡和光致發(fā)光譜的分析表明,納米線/棒仍然維持其自組裝