热蒸发SiO大量合成硅纳米线及其可控p型掺杂

马渊明， 谢 超， 江 鹏， 于永强， 王 莉， 揭建胜

（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥 230009）

0 引 言

硅纳米线作为一种典型的准一维半导体纳米材料，与体硅材料相比，在电输运、表面活性、场发射特性和量子效应等方面具有与众不同的优异性［1－2］，因而在低维纳米器件的应用方面受到越来越广泛的关注。在过去数年间，随着Si纳米线场效应晶体管［3］、纳米生物传感器［4－5］、太阳能电池等一系列硅纳米原型器件的实现［6－7］，硅基纳米器件的制备和应用研究取得了引人瞩目的进展。

Si纳米线的制备方法有许多种，从生长方式上可以大致分为物理法、化学法和综合法，如化学气相沉积（CVD）、热蒸发、激光辅助化学气相沉积（LACVD）、电化学法等。而按生长机理来划分主要有气－液－固（VLS）、气－固（VS）、固－液－固（SLS）和氧化物辅助生长（OAG）等不同类型。其中，OAG方法由于工艺简单，并且避免了纳米线生长过程中金属催化剂的引入可能导致的污染，适合高质量Si纳米线的大量合成，因此引起很大的关注。但OAG采用的是固态硅低氧化物高温蒸发的方式，合成可控性较差，尤其是掺杂困难。OAG合成的本征Si纳米线载流子浓度极低，导电性能较差，严重限制了其在纳米电子器件方面的应用，因此寻找合适的掺杂工艺，对OAG硅纳米线的电输运性能进行控制，便成为一个亟待解决的问题。

在金属催化的VLS硅纳米线生长过程中，通常采用引入气态或固态的硼（B）和磷（P）掺杂源对硅纳米线进行生长过程中的原位掺杂［8－9］，制备p型或n型Si纳米线，但都不同程度存在着工艺较复杂、纳米线生长时出现晶格缺陷以及杂质浓度的可控性难等问题。……