銻化物納米線研究取得重要進(jìn)展

樂毅

[本刊訊]中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室楊濤課題組，在三元合金銦砷銻（InAsSb）納米線制備及機(jī)理研究方而取得了系列重要進(jìn)展，為未來制備高度集成的III-V族納米器件開拓了新的技術(shù)路線。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters，2016，16（2），877-882上。

III-V族半導(dǎo)體納米線因其獨特的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)和物理特性可應(yīng)用于納米晶體管、納米傳感器和納米光電探測器等方面，是當(dāng)前國際研究的熱點。其中，InAsSb納米線不僅具有超高的載流子遷移率和極小的有效質(zhì)量，還具有可調(diào)的帶隙，是紅外探測器的理想材料。日前，國際上廣泛采用外來金（Au）催化的氣-液-固（VLS）機(jī)制制備納米線，但金催化劑在半導(dǎo)體材料中會形成深能級復(fù)合中心，這將大大降低器件的性能。因此，發(fā)展無金催化制備納米線的技術(shù)顯得十分迫切和重要。

課題組的杜文娜等首次在硅（Si）襯底上制備出高質(zhì)量的垂直InAsSb納米線，并詳細(xì)研究了銻（Sb）組分對納米線生長的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)在砷化銦（InAs）納米線生長過程中引入少量Sb，可以大為改善InAs納米線的均勻性和晶體質(zhì)量。同時，他們還發(fā)現(xiàn)InAsSb納米線的生長機(jī)制隨生長參數(shù)變化而變化，在低V/Ⅲ比和高Sb流量比下，納米線以VLS機(jī)制生長；而在高V/Ⅲ比和低sb流量比下，納米線則以氣-固（VS）機(jī)制生長。這一發(fā)現(xiàn)為利用生長參數(shù)調(diào)控InAsSb納米線生長機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。此外，兩種機(jī)制生長的納米線在形貌、生長方向和晶體質(zhì)量方面顯著不同。VS機(jī)制生長的納米線方向統(tǒng)一、組分均勻，有利于制備低成本集成器件；而VLS機(jī)制生長的納米線晶體質(zhì)量高，更有利于制備單根高性能納米線器件。

課題組首次發(fā)現(xiàn)在不同取向的Si襯底上可以生長出不同形貌分布的平面InAsSb納米線。在（100）襯底上，納米線沿四個相互垂直的方向生長；在（110）襯底上，納米線沿六個夾角為54.7°或70°的方向生長；而在（111）襯底上，納米線沿六個等價的60°方向角生長。研究人員將（111）晶向族分別在上述三個平面內(nèi)投影后發(fā)現(xiàn)，投影的數(shù)目和夾角與上述平面納米線在三種襯底上的分布完全相同。因此，利用不同取向的Si襯底可實現(xiàn)對平面納米線生長方向的調(diào)控。此外，高分辨透射電鏡圖像顯示這些平面納米線具有純立方相結(jié)構(gòu)。