具有功能材料的納米級涂層在許多傳感、電子和光子應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。由德國耶拿萊布尼茲IPHT協(xié)調(diào)的一個國際研究小組首次成功觀察到錫涂層在硅納米結(jié)構(gòu)表面上的新穎生長效應(yīng)。
憑借所獲得的知識，未來可以精確控制和監(jiān)測沉積薄膜的化學成分，從而在生物光子學、能源產(chǎn)生或移動領(lǐng)域開辟新的應(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)的研究人員與來自德國、俄羅斯和英國的科學家一起研究了納米級錫層的發(fā)展過程，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過程的起始材料是直徑小于100納米的納米線形式的超薄硅基結(jié)構(gòu)。在實驗研究中，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)。通過金屬有機化學氣相沉積在600攝氏度的沉積溫度下沿半導體納米線的整個長度形成具有不同氧化程度的含錫層。
“通過了解錫涂層如何生長以及哪些因素影響該生長過程，我們?yōu)閷ｉT控制涂層過程創(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)小組負責人弗拉基米爾·西瓦科夫(VladimirSivakov)與他的團隊一起研究并發(fā)現(xiàn)了生長機制。
超薄錫層的應(yīng)用
含錫的納米薄涂層可實現(xiàn)特定的光學和電學特性，并可進一步改善光學和生物光子方法的研究和開發(fā)。
錫層可用作表面增強拉曼散射(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)。用于電動汽車和熱能存儲的高性能鋰離子電池的應(yīng)用場景也是可以想象的，其中鍍錫陽極確保高電子傳導性。
含錫層的機理和生長動力學
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動力學。與均勻沉積的平面和非結(jié)構(gòu)化硅表面相比，半導體納米線的表面在整個長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硅基半導體納米結(jié)構(gòu)的長度、直徑、孔隙率和間距來解釋和有效控制。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體納米結(jié)構(gòu)分布的另一個因素。
硅結(jié)構(gòu)的熱導率以及高溫氣相沉積過程中沿納米線的溫度分布也會對不同氧化錫相的形成產(chǎn)生影響。
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