碳化硅纳米线热氧化的实验和理论研究

The native oxide layer of SiC are SiO2, which means that most of the Si devices are able to manufacture. We can see that the one-dimensional experimental data of thermal oxidation and its understanding of the dynamics of silicon carbide nanowires is one of the most fundamental scientific questions of one-dimensional SiC optical electronic devices. Therefore, this project revolves around SiC nanowires thermal oxidation experiments and theory carrying out the following studies: 1) synthesis sic nanowires with controllable radius by thermal evaporation method; 2) the SiC nanowires with different radius at different oxidation temperature carry out in situ high-temperature oxidation experiment by TEM and mesure the relation between oxidation times and oxide thickness; 3) establish SiC nanowires kinetics model of thermal oxidation based on diffusion theory and our previous silicon thermal oxidation model and the experimental results of SiC thermal oxidation and descript quantitatively our experimental results, and reveal the SiC nanowire thermal oxidation physical origin.

由于SiC的本征氧化层和Si相同均为SiO2，这意味着大多数Si器件特别是MOS器件都能够在SiC上制造出来。由此可见，一维碳化硅纳米线的热氧化的实验数据的获得及其动力学过程的理解是碳化硅基一维光电子器件的最基本的科学问题之一。因此本项目围绕SiC纳米线热氧化实验和理论开展以下研究：（1）我们拟采用热蒸发的方法合成具有可控尺度（半径）的SiC纳米线；（2）分别对不同半径SiC纳米线在不同的氧化温度下开展半原位高温氧化实验，利用TEM对同一根纳米线在不同氧化时间下氧化层厚度的测量，来观察氧化温度、纳米线尺度，热记忆效应和催化剂等对其氧化行为的影响，并且通过与SiC膜的一维氧化结果进行对比，找出SiC纳米线二维氧化的一般规律；（3）基于我们先前的硅热氧化的扩散模型和SiC氧化的实验结果，建立相应的SiC纳米线氧化的动力学模型，定量的描述我们的实验结果，从理论上揭示SiC纳米线热氧化的物理本源.

碳化硅（SiC）作为一种重要的第三代宽带隙半导体材料，由于其优异的物理、化学特性在各种短波长大功率的电子器件中具有最重要的应用前景，其一维纳米结构已经被认为是下一代高性能光电微纳器件的构造单元之一，开展一维SiC纳米结构的可控设计以及相关性能研究已成为其进一步发展的关键所在。基于以上认识，本项目中我们首先以一维SiC基纳米结构作为研究对象，在实验上制备出了各种一维氧化铝/SiC复合纳米结构，并且我们发现一维SiC-Al2O3固溶体纳米线具有室温条件下玻璃态的铁磁行为，并进一步通过密度泛函理论对该结构的掺杂构型开展研究。在此基础上，进一步扩展了研究内容，如基于当前的实验现象，我们开展一维纳米线生长动力学研究，从理论上首次提出了一维纳米线VSS生长的物理本源；首次合成制备出了柔性自支撑硅纳米纸，开辟了传统硅材料在柔性领域应用的新思路；开展了各种一维新型隙陶瓷材料的设计研究，利用纳米功能化的手段来实现传统陶瓷材料在光电特性领域的应用；开展了柔性石墨烯基器件的设计研究，首次制备出了新型透明自支撑的石墨烯纸，并进一步开展了相关的电化学储能特性研究。这些工作为今后一维纳米结构在各种光、电、磁等器件中的应用提供了数据支持。