功能表面細(xì)化有針對(duì)性地控制最細(xì)錫層的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

具有功能材料的納米級(jí)涂層在許多傳感、電子和光子應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。由德國(guó)耶拿萊布尼茲IPHT協(xié)調(diào)的一個(gè)國(guó)際研究小組首次成功觀察到錫涂層在硅納米結(jié)構(gòu)表面上的新穎生長(zhǎng)效應(yīng)。

憑借所獲得的知識(shí)，未來(lái)可以精確控制和監(jiān)測(cè)沉積薄膜的化學(xué)成分，從而在生物光子學(xué)、能源產(chǎn)生或移動(dòng)領(lǐng)域開(kāi)辟新的應(yīng)用。研究結(jié)果發(fā)表在《Small》雜志上。

電氣工業(yè)以及傳感器技術(shù)或光伏領(lǐng)域的各種電子零部件都需要含錫層。萊布尼茨光子技術(shù)研究所(LeibnizIPHT)的研究人員與來(lái)自德國(guó)、俄羅斯和英國(guó)的科學(xué)家一起研究了納米級(jí)錫層的發(fā)展過(guò)程，并將他們的研究結(jié)果總結(jié)在《Small》雜志上。

所觀察到的含錫薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的起始材料是直徑小于100納米的納米線(xiàn)形式的超薄硅基結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)研究中，研究人員首次證明了錫沿著這些硅納米結(jié)構(gòu)的特定分布效應(yīng)。通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在600攝氏度的沉積溫度下沿半導(dǎo)體納米線(xiàn)的整個(gè)長(zhǎng)度形成具有不同氧化程度的含錫層。

“通過(guò)了解錫涂層如何生長(zhǎng)以及哪些因素影響該生長(zhǎng)過(guò)程，我們?yōu)閷?zhuān)門(mén)控制涂層過(guò)程創(chuàng)造了條件。這使得表面能夠非常精確地精加工，并在先前定義的位置配備所需的功能特性，”博士解釋道。萊布尼茲IPHT硅納米結(jié)構(gòu)小組負(fù)責(zé)人弗拉基米爾·西瓦科夫(VladimirSivakov)與他的團(tuán)隊(duì)一起研究并發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)機(jī)制。

超薄錫層的應(yīng)用

含錫的納米薄涂層可實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)和電學(xué)特性，并可進(jìn)一步改善光學(xué)和生物光子方法的研究和開(kāi)發(fā)。

錫層可用作表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)光譜中的UV-SERS活性表面，可用于使用SERS活性金屬納米結(jié)構(gòu)來(lái)確定生物樣品的分子指紋。此外，在氣體傳感器的某些應(yīng)用領(lǐng)域中，錫作為高度敏感層與氣體發(fā)生反應(yīng)。用于電動(dòng)汽車(chē)和熱能存儲(chǔ)的高性能鋰離子電池的應(yīng)用場(chǎng)景也是可以想象的，其中鍍錫陽(yáng)極確保高電子傳導(dǎo)性。

含錫層的機(jī)理和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)

研究人員使用顯微鏡和光譜方法研究了納米結(jié)構(gòu)表面上觀察到的錫基層的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。與均勻沉積的平面和非結(jié)構(gòu)化硅表面相比，半導(dǎo)體納米線(xiàn)的表面在整個(gè)長(zhǎng)度上覆蓋有不同尺寸和形狀的含錫晶體。

該雜志發(fā)表的結(jié)果顯示，沿著納米結(jié)構(gòu)硅表面形成了不同的氧化錫相，可以通過(guò)上部的二氧化錫(SnO2)、中部的一氧化錫(SnO)和金屬錫(Sn)在下部。

所形成的金屬Sn及其SnO和SnO2氧化物的量和分布可以通過(guò)硅基半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、直徑、孔隙率和間距來(lái)解釋和有效控制。除了這些幾何參數(shù)之外，研究人員還能夠揭示作為氧化錫還原的還原劑的含烴副產(chǎn)物的形成，這是影響所形成的錫層沿半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)分布的另一個(gè)因素。

硅結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率以及高溫氣相沉積過(guò)程中沿納米線(xiàn)的溫度分布也會(huì)對(duì)不同氧化錫相的形成產(chǎn)生影響。

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