研发报告详细内容

纳米线生产的“圣杯”

     

 

洛桑联邦理工大学 (EPFL) 是一个专门从事自然科学和工程学的研究机构和大学,位于瑞士洛桑。EPFL 的研究人员找到了一种对在硅表面上制备纳米线进行控制和标准化的方法。这一发现有可能实现在电子平台上生长纳米线,潜在的应用包括将纳米激光器集成到电子芯片中,以及改善太阳能电池板的能量转换。

 

 

图注:开口内的两种不同的微滴结构 —— 完全填充或部分填充的小孔,以及在大大小小的镓微滴下方形成一个完整的环或台阶的 GaAs 晶体的波纹示意图 (bellow illustration)

 

纳米线有可能使我们身边的技术发生彻底的变革。这些纤巧的针状晶体结构直径仅为 5100 nm1 nm 1 mm 的百万分之一),能够改变电或光穿过它们的方式。

 

它们能发光、聚光和吸收光,因此可用来给电子芯片增添光学功能。例如,它们可实现直接在硅芯片上生成激光,并集成用于编码的单光子发射器。它们甚至可以应用于太阳能电池板,以改进将日光转换为电能的方式。

 

迄今为止,还不可能在硅半导体上复制生长纳米线的工艺 —— 没有办法在特定的位置重复地制作均匀的纳米线。但是,EPFL 半导体材料实验室(由工程学院的 Anna Fontcuberta i Morral 负责管理)的研究人员、连同来自 MIT 和俄罗斯约飞研究所 (IOFFE Institute) 的同事们提出了一种以高度受控和完全可复制的方式生长纳米线网络的方法。这里,关键是要了解在纳米线生长的开始阶段发生了什么与目前公认的理论相悖的情况。他们的研究工作成果发表在《Nature Communication》杂志上。

 

Fontcuberta i Morral 说:“我们认为,这项发现将使得在硅衬底上实际地集成一连串纳米线成为可能。直到现在,这些纳米线必须单独地生长,而且生长工艺不能复制。”

 

制造纳米线的标准工艺是在一氧化硅上制成纤巧的小孔,然后用纳米级的液体镓滴填充这些小孔。当与砷接触时,这种物质就会凝固。但是,采用该工艺时,此物质往往在纳米孔的角落处硬化,这意味着纳米线的生长角度是无法预测的。人们一直在搜寻一种生产均匀纳米线并控制其位置的方法。

 

旨在控制生产工艺的研究往往把关注的重点放在小孔的直径上,但是这种方法没有任何收获。现在,EPFL 的研究人员发现,通过改变小孔的直径与高度之比,就能理想地控制纳米线的生长方式。当直径-高度比合适时,该物质将围绕小孔的边缘凝固成一个环,从而防止纳米线以非垂直的角度生长。而且,EPFL 研究人员开发的工艺将适用于所有类型的纳米线。

 

Fontcuberta i Morral 说:“这与种植植物真的有几分相似。植物的生长需要水和阳光,但是必须使植物接受的水和阳光的量处于合适的水平。”

 

制造纳米线的标准工艺是在一氧化硅上制成纤巧的小孔,然后用纳米级的液体镓滴填充这些小孔。当与砷接触时,这种物质就会凝固。但是,采用该工艺时,此物质往往在纳米孔的角落处硬化,这意味着纳米线的生长角度是无法预测的。人们一直在搜寻一种生产均匀纳米线并控制其位置的方法。

 

这种新的生产技术对于纳米线研究将是一个福音,不久就将开发出更多的样品。


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