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随着纳米科学与技术的发展,金属/硅复合纳米体系引起了人们的很大关注,并有望在未来硅基纳米器件的制作中扮演重要的角色。研究表明,金属在多孔硅(Porous Silicon, PS)上的浸渍沉积在一定程度上依赖于其表面形貌和表面化学状况,这表明通过表面处理有可能实现金属的位置选择性沉积,并制备出周期性、图案化的金属/PS结构。本文制备了一种新型的纳米硅模板——硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array, Si-NPA),利用其表面活性通过浸渍法合成了铜、银/硅纳米孔柱阵列(Copper、Silver/Silicon Nanoporous Pillar Array, Cu、Ag/Si-NPA)复合体系,并研究了其热电特性。 具体的研究内容如下: 1.银离子在具有不同氧化状况的Si-NPA表面呈现位置选择性沉积。分别在新鲜、清洗、老化的衬底上浸渍沉积得到了具有不同图案化结构的Ag/Si-NPA。在新鲜衬底上由于HF酸的存在和空间几何构型的影响,形成了许多植根于柱顶的树枝状的银。对于清洗后的衬底,在柱顶形成了小尺寸银颗粒的弥散堆砌,而在柱间的低凹区域则呈现大尺寸的银颗粒聚集体,整个Si-NPA表面呈现手链网络状。在空气中自然老化的衬底表面形成了类似的手链网络结构,但由于衬底氧化程度增加,在柱项几乎没有银粒子沉积。高温下强氧化的Si-NPA表面没有任何银粒子的沉积,但经HF酸处理后衬底恢复对银离子的还原性。 2.浸渍沉积于Si-NPA表面的铜纳米颗粒在高温系列退火过程中发生了由边界扩散和Ostwald熟化导致的团聚生长。将新鲜制备的Cu/Si-NPA放置到管式炉中在氮气氛下分别加热到400℃,600℃,800℃并保温2小时。通过对比退火前后样品表面形貌变化,发现Cu/Si-NPA在不同温度下退火时,颗粒间发生了团聚。铜颗粒平均尺寸随着退火温度的升高而增大,团聚后的铜颗粒呈光滑的球状。随着退火温度的升高,颗粒间的粗化机制发生改变:在低温下是通过颗粒边界扩散而在高温下则通过Ostwald熟化机制导致颗粒间的团聚生长。这种粗化过程也在热分析曲线中得到了证实。 3.研究了衬底的表面氧化状况和银离子的沉积时间对Ag/Si-NPA/Si复合体系的I-V曲线的影响。利用浸渍法在清洗(B类)和老化(C类)衬底Si-NPA上制备了银的纳米颗粒膜,测得了Ag/Si-NPA/Si复合体系的I-V曲线。通过分析发现电流—电压间的关系均满足肖特基结的I-V关系,并通过拟合后得到的函数形式与标准的肖特基结的I-V函