硅納米線表面摻雜現(xiàn)象的研究及應(yīng)用.pdf

1、表面摻雜是一種調(diào)控納米材料摻雜性質(zhì)的方法，它主要依賴于界面電荷的分離。材料表面，特別是比表面積大的納米材料表面都存在懸空鍵、缺陷等，使得一些分子很容易吸附在其表面，引起材料表面結(jié)構(gòu)發(fā)生重組，材料與表面吸附劑之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)的總能量發(fā)生改變，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體的性質(zhì)發(fā)生改變。通過選擇表面吸附劑的種類，能夠靈活的改變材料的摻雜類型。這種方法較傳統(tǒng)方法相比成本降低，方法簡(jiǎn)便，更加適用于納米器件的制備。硅納米線作為一種重要的硅基納米材料，具有

2、較大的比表面積，可以觀察到表面摻雜現(xiàn)象，這在前人的文獻(xiàn)中也有報(bào)道。但是將這種現(xiàn)象運(yùn)用到實(shí)際操作中，擴(kuò)大硅納米線的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍仍然是一個(gè)難題。本文對(duì)此現(xiàn)象做了深入研究，發(fā)現(xiàn)并解釋了氫端終止的硅納米線能夠加速銅氧化；通過表面摻雜在硅納米線薄膜上修飾了帶有氧化銀殼層的銀顆粒和氧化亞銅，分別用作表面增強(qiáng)拉曼的基底和光催化劑。其具體內(nèi)容為：
　　(1)在黑暗條件下，氫端終止的硅納米線能夠使銅的氧化速率增加。通過X-射線粉末衍射法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行

3、分析，對(duì)比沒有加入硅納米線的銅氧化反應(yīng)，加入氫端終止的硅納米線的銅的氧化速率增加10,000倍以上。氫端終止的硅納米線表面有很多懸空鍵和缺陷，氧氣分子和水分子很容易吸附于表面。吸附的水分子能夠捕獲硅納米線中的電子，生成OH-離子；同時(shí)，失去了表面電子的硅納米線的能帶發(fā)生彎曲，電子在價(jià)帶聚集。硅納米線呈現(xiàn)出p型半導(dǎo)體的特征。因此，銅很容易從其表面獲得空穴，形成銅離子。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明氫端終止的硅納米線能夠發(fā)生表面摻雜現(xiàn)象。
　　(2

4、)將硅納米線組裝成薄膜，利用表面摻雜在其表面修飾了帶有氧化銀殼層的銀顆粒，定義為Ag@AgxO-SiNW。通過X-射線粉末衍射、高分辨、環(huán)形暗場(chǎng)透射電子顯微鏡元素分析等手段證明銀顆粒外包裹了極薄的無定形氧化銀殼層。該殼層的形成也是由于硅納米線的表面摻雜作用，它能夠防止銀納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚，避免被檢測(cè)分子直接和銀接觸。將Ag@AgxO-SiNW作為表面增強(qiáng)拉曼的基底，以羅丹明6G和結(jié)晶紫作為被檢測(cè)物質(zhì)，獲得了清晰的拉曼信號(hào)，拉曼增強(qiáng)因子為1

5、06數(shù)量級(jí)?；咨想S機(jī)選取100個(gè)連續(xù)的點(diǎn)測(cè)量其拉曼信號(hào)，均獲得了高靈敏度的拉曼譜線，羅丹明6G和結(jié)晶紫主要峰強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于20%。
　　(3)由于表面摻雜現(xiàn)象的存在，將硅片浸在同樣的Cu2O-HF-H2O溶液中不同時(shí)間，得到了Cu，Cu和Cu2O的混合物兩種不同產(chǎn)物。初步探討了生成不同產(chǎn)物的原因是由于Si-H鍵還原的Cu和HF酸作用，在硅片表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成納米級(jí)的硅點(diǎn)或者短硅線，從而有表面摻雜作用，使部分Cu被氧化