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悉尼大學(xué)鄭榮坤Advanced Materials: 半導(dǎo)體納米線材料重大進展！

2017-07-24 11:05:58 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

【引言】

半導(dǎo)體納米線因其優(yōu)秀特性而廣泛用于微電子，光電子，光伏電等方面。而目前工業(yè)界納米線的制造采用的是一種自上而下的方式，即通過傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝刻蝕出所需尺寸的納米線。但這種工藝過程復(fù)雜，所需環(huán)節(jié)較多，成本較高。

而另一種自下而上的基于汽液固相生長方式因其經(jīng)濟性受到了廣泛關(guān)注與研究。然而在合成過程中，由于影響納米線生長的因素較多并且尺度太小，因此造成了研究納米線生長熱平衡過程中原子行為的困難。而掌握元素在納米線生長過程中的行為尤其是復(fù)雜結(jié)構(gòu)三元納米線尤為重要，因為這是納米線可控性合成的前提，而針對不同的應(yīng)用，所合成的納米線需要不同的特性。因此學(xué)者和科學(xué)家在該領(lǐng)域進行了深入的研究。

【成果簡介】

近日，悉尼大學(xué)鄭榮坤副教授（通訊作者），第一作者屈江濤博士與團隊成員克服了半導(dǎo)體納米線的原子級別成分探測的難題，通過使用三維原子探針技術(shù)和第一性原理計算在原子級別，揭示并解釋了III-V族 InGaAs納米線形貌和元素成分的演變過程。其研究表明InGaAs納米線自發(fā)形成殼層結(jié)構(gòu)，其中In富集在殼層，Ga富集在中心核層。同時In向殼層擴散與Ga向中心核層擴散導(dǎo)致中心核層從六邊形向Reuleaux三角形轉(zhuǎn)變。另外不規(guī)則六邊形殼層在{112}A和{112}B上存在不同生長速度。該研究將為半導(dǎo)體納米線的生長調(diào)控提供研究基礎(chǔ)。該研究成果以“3D Atomic-Scale Insights into Anisotropic Core-Shell-Structured InGaAs Nanowires Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition”為題刊登在2017年6月19日出版的Advanced materials上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：InGaAs納米線形貌

a) 整根納米線的透射電子顯微鏡（TEM）圖片

b) Au/納米線的高分辨TEM圖片

c) 納米線的殼層結(jié)構(gòu)的掃描透射電子顯微鏡（STEM）圖片

d) 納米線的殼層結(jié)構(gòu)的高分辨TEM圖片

e) 和 f) 殼層和中心核層的選取衍射圖譜

圖2：整根納米線三維原子探針的軸向數(shù)據(jù)分析

a) 和 b) 三維原子探針實驗之前的納米線形貌

c) 和 d) 三維原子探針實驗之后的納米線形貌

e) 這根納米線和沿軸向切開的三維原子探針重構(gòu)圖（黃色原子為Ga原子，紫色原子為In原子）

f) 納米線的原子空間分布圖（沿<111>軸面間距為326納米）

g) 三維原子探針探測器的顯示圖

h) 沿z方向在中心核層，{112}A，和{112}B上的In/(In+Ga)的比值分布圖

圖3：整根納米線三維原子探針的徑向數(shù)據(jù)分析

a) 整根納米線的SEM形貌及其不同位置的核形模

b) 所對應(yīng)的三維原子探針重構(gòu)圖

c), d),和e) 距離納米線頂部50納米，1100 納米，和2400納米的橫截面的Ga原子和In原子的分布圖

f) 沿徑向方向距離納米線頂部50納米，1100 納米，和2400納米的橫截面的In/(In+Ga)的比值分布圖

圖4：第一性原理計算

隨著不同In的含量所對應(yīng)的In形成在InGaAs的{112}A，和{112}B上的形成能

圖5：中心核層和殼層的形成示意圖

a) 中心核層的形成示意圖

b) 殼層的形成示意圖

文獻鏈接：3D Atomic-Scale Insights into Anisotropic Core-Shell-Structured InGaAs Nanowires Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201701888)

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