10纳米以下直径硅纳米线有序垂直阵列的模板辅助外延生长研究

Silicon nanowires (SiNWs) are promising for new, emerging semiconductor devices. Development of new methods for the down-scaling, high-density and less crystal defects of epitaxial SiNWs in an orderly vertical array is the key technology. We propose the following innovative ideas: to realize the structural and characteristic control of epitaxial growth of sub-10 nm diameter silicon nanowire arrays by further pore-size narrowing of the anodic aluminium oxide (AAO) in the template-assisted methods. In this project, we seek to solve the structural control problem of the semiconductor material growth. Meantime, we try to understand in deep depth of the small size effect on the epitaxial growth mechanism of SiNWs and the related carrier surface recombination. In this research, we hope to be able to find the common scientific problems of silicon and other semiconductor nanomaterials with their diameters reduced to sub-10 nm, and to reveal the new properties and its intrinsic physical interpretation, in order to explore the application possibilities of the sub-10 nm diameter of the ordered arrays of SiNWs in the future semiconductor devices.

在当前半导体器件的小型化趋势下，基于硅纳米线的纳米半导体器件的解决方案已成为当前研究热点，其关键的核心技术之一就是外延生长小尺寸、高密度、晶体缺陷少的硅纳米线有序垂直阵列。本项目提出了以下主要创新思路：通过进一步缩小氧化铝模板孔径尺寸的模板辅助方法解决10纳米以下直径硅纳米线阵列外延生长的结构和物性调控问题。力求在解决半导体材料结构生长问题的同时，深入研究小尺寸效应对硅纳米线外延生长机制和载流子表面复合的影响。从中希望能够找到硅以及其他半导体纳米材料在直径减少到10纳米以下时的共性科学问题，力求揭示新的材料特性及其内在物理解释，探索小尺寸硅纳米线有序阵列结构在新型半导体器件中的应用可能性。

在当前半导体器件的小型化趋势下，基于硅纳米线的纳米半导体器件的解决方案已成为当前研究热点，其关键的核心技术之一就是外延生长小尺寸、高密度、晶体缺陷少的硅纳米线有序垂直阵列。项目主要研究在模板辅助下金属催化剂的高密度有序化制备，以及硅和其他功能化半导体高密度纳米结构阵列材料的合成和性能表征。本项目通过新的实验方法发展一种模板辅助高真空化学气相法制备10纳米以下直径垂直外延硅纳米线有序阵列的方法，实验获得的外延硅线直径最小仅为2.8纳米，揭示模板辅助、衬底表面晶向和高真空化学气相生长条件对硅纳米线外延生长过程和VLS催化结晶物理机制的影响；还通过催化剂调节和生长机制调控制备了铝催化GaP/Si纳米线异质结和银催化10纳米以下直径超细磷化镓纳米线阵列，展示了它们作为新型光电材料的若干新颖的物理性质；并在氧化铝模板辅助制备基础上,探索出基于新型银硅复合纳米球状高密度阵列结构的高灵敏度拉曼增强传感材料和可用于压电传感的PZT纳米岛阵列材料。