VLS中文解释近年原文.pdf

《气一固反应法制备纳米结构及其生长机制》

1)VLS机制制备的一维纳米结构受到催化剂液态团簇直径的限制，液态团簇直径一般大于200nm，从而限制

一维纳米结构的直径在200nm以上；

2)VLS生长方式的明显标志是纳米棒顶端有球形小液滴出现。

3）VS反应法制备一维纳米结构的生长机制主要有两种观点：顶部生长机制和底部挤出机制，顶端生长机制（顶端狭窄）

认为金属是通过氧化物内部的线缺陷，包括螺位错、内晶界或空洞扩散至顶部，然后与氧反应而生长

VLS——有催化剂参与（AuCoSnCu等）

VS——无催化剂

制备高度有序，排列整齐的纳米线，纳米棒，纳米管等结构时，多采用有催化剂参与的VLS方法。VLS生

长机理是Wagner和Ellis在研究大单晶晶须生长时提出的，指杂质（催化剂）能与体系中的其他组分一起，

在较低温度下形成低共融的合金液滴，从而在气相反应物和基体之间形成一个对气体具有较高容纳系数的

VLS界面层，该界面不断容纳气相中的反应物分子，在达到合适晶须生长的过饱和度后，界面层在基体表

面析出晶体形成晶核（或通过异相成核），随着界面层不断吸纳气相中的反应分子和在晶核上进一步析出晶

体，晶须不断地向上生长，并将圆形的合金液滴向上提高，一直到冷却形成了凝固的小液滴。VLS生长机

理可概括为：合金化，成核，沿轴向生长。

Gao等利用Sn为催化剂引发生长氧化锌纳米棒纳米带的结合阵列。

VS——一维纳米材料也可以在不用催化剂的气相法中制备生长，高温下形成的气态源，在低温时气相分子

直接凝聚，在没有催化剂和原材料形成的液滴参与下，达到临界尺寸时，成核生长。

Si纳米线的金属催化生长

第28卷第5期2008年9、10月真空科学与技术学报

CHINESEJOURNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY

1金属催化生长原理

目前,作为制备Si纳米线的主流工艺应首推采

用金属催化的VLS生长技术。这种方法的主要工

艺步骤是,首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等

工艺,沉积一薄层具有催化作用的金属(例如Au、

Fe、Ni、Ga或Al等),然后进行升温加热,利用金属与

Si衬底的共晶作用形成合金液滴。该液滴的直径和

分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接

相关。此后,通过含Si的源气体(例如SiH4、Si2H6、

SiCl4等)的气相输运或固体靶的热蒸发,使参与Si

纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核。当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后,结晶便

会在合金

液滴的下部析出,并最终生长成纳米线,而合金则留

在其顶部。也就是说,须状的结晶是从衬底表面延

伸,并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的

Si纳米线。

Volume4,Number5APPLIEDPHYSICSLETTERS1March1964

VLS解释：杂质（催化剂）的作用是在相对低的凝固温度下形成液体合金液珠。气相中的小液珠是沉积的

优先点，导致液滴形成过饱和，晶须的生长是由于Si从小液珠中析出。由于晶须生长在液滴中，所以不易

形成螺旋位错。

Si进入液滴然后析出，直到反应物被消耗掉

人工晶体报：

用于解释生长的晶须机理有螺位错机理、气-固-液(VLS)机理、气-固机理

(Vapor-Solid.简称VS)和其它机理［1，2］。从已有文献来看，用许多方法可得到

［2～7］

AlN晶须，文献报道了这些晶须的生长机制。

VS生长与气相中原子的过饱和度有关，当过饱和度较低时易形成晶须；而

过饱和度较大时则气相均质成核，形成粉体；中等过饱和度则倾向于形成树枝状

或小圆粒状晶体。杂质对VS机理生长晶须影响不大。

早在60年代，贝尔实验室在生产高质量SiC晶须时，发现不纯物有利于晶

［8］

须的生长，从而提出了气-液-固(Vapor-Liquid-Solid,简称VLS)机理，其中

V代表气相物质，L代表液态催化剂，S代表生长的固态晶须。VLS机制中晶须