形成和设备的应用Ge纳米线异质结构通过快速热退火

文摘

我们回顾了Ge纳米线异质结构的形成及其场效应特征的控制反应之间的单个水晶Ge纳米线和倪接触垫使用简单快速热退火过程。扫描电子显微镜和透射电子显微镜显示宽温度范围为400~通用电气500°C将单个水晶镍纳米线₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构用自动锋利的接口。更重要的是,我们研究氧化的影响限制在镍锗化物在Ge纳米线的形成。与镍的形成₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构,一段高质量外延NiGe倪之间形成₂通用电气的监禁₂O₃在退火。扭曲的外延生长模式在两个Ge纳米线异质结构,以适应大型镍晶格不匹配_x通用电气/通用接口。此外,我们证明了场效应晶体管使用镍锗化物地区作为Ge纳米线源/漏接触渠道。我们的通用显示高性能纳米线晶体管p类型行为具有高开/关比10⁵和场效应的空穴迁移率210厘米²/ Vs,未反应的通用电气价格相比显示出了极大的提高纳米线晶体管。

1。介绍

作为一种重要的一维材料,半导体纳米线吸引了巨大的研究兴趣以其独特的电学性质,这为纳电子学应用前景作为构建块(1- - - - - -5]。自2004年以来,有很多的努力在研究金属的热扩散成一个单个水晶硅纳米线,硅化的硅化/硅纳米线异质结构是由固态反应之间的硅纳米线和金属接触。许多金属(接触垫或纳米线)研究了扩散源,如镍(6- - - - - -8)有限公司(9],Pt [10],Mn (11]。在这种纳米线异质结构的显著特征之一是自动尖锐界面硅化形成的硅纳米线和纳米线之间。这种干净的界面可能有助于避免费米能级钉效果,通常观察到传统的金属半导体接触(12]。同时,纳米线异质结构可以很容易地用来制造纳米线场效应晶体管(fet)使用硅化形成的区域作为源/漏接触到硅纳米线通道(6,7,10]。通道长度可以控制退火时间和生长硅化物的长度,因此,在这可以积极缩小到纳米(11]。显然,这个过程提供了很大的优势在现代高成本和复杂的光刻技术制造短沟道晶体管和可能会进一步促进nanodevices扩展的进步。

与硅纳米线相比,metal-Ge纳米线是一个感兴趣的新系统,因为通用电气是一个重要的补充Si与更高的载体的机动性进一步小型化设备兼容现有CMOS技术(1,2]。对于通用电气,自动尖锐界面是特别感兴趣的缓解费米能级钉效果metal-Ge接触,因为通用电气有一个高密度的接口状态由于本地通用表面缺陷(12]。实验,Yamane等人已经证明了的外延生长高质量的铁₃如果通用电气(111)衬底与自动控制接口,成功地depined Fe的费米能级₃Si /通用电气接触[19]。因此,高度理想的实现金属接触与高质量的通用电气接口。另一方面,许多锗化物,如锰₅通用电气₃和倪₃通用电气、展览铁磁性高于室温(20.,21),从而提供了更大的优势在自旋电子学硅化物为未来的应用,如实现从铁磁半导体的自旋注入接触。因此,有越来越多的研究兴趣metal-Ge纳米线系统,如Ni-Ge [13- - - - - -15]和Cu-Ge [16- - - - - -18]。相比较而言,表1简要总结了文献报道的Si和Ge纳米线异质结构形成的固态半导体纳米线之间的反应和金属接触。有人指出metal-Ge纳米线系统的退火温度通常低于metal-Si纳米线系统,这部分是由于较低的熔点比如果通用电气。metal-Ge纳米线的低温过程系统有利于减少热预算形成纳米线异质结构向未来的流程集成。

在本文中,我们将首先讨论单个水晶的形成固态反应之间的通用电气Ge纳米线异质结构的纳米线和倪接触垫。有或没有一个的比较研究₂O₃覆盖层在退火过程中,我们研究氧化物的影响限制在锗化物在Ge纳米线的生长。详细的透射电子显微镜(TEM)分析包括外延关系提出了部分。在本文的第二部分中,我们将介绍Ge纳米线的电气特征后门场效应晶体管制造使用Ge纳米线异质结构。具体来说,铝的影响₂O₃设备上的覆盖层性能研究在这一节中。最后,我们将讨论可能的研究方向为未来工作Ge纳米线异质结构,特别是在自旋电子学应用前景和进一步研究发展动态。

2。实验结果

通用电气的生长纳米线可以通过各种各样的技术来完成。在这项研究中,两个受欢迎的方法是使用合成单个水晶Ge纳米线发展方向。一个是超临界fluid-liquid-solid(荣新民)方法,Ge纳米线在生产的高压力的超临界流体富含organogermane前体和金属纳米晶体作为催化剂(22,23]。典型的as-synthesized Ge纳米线直径大约是40 - 50纳米,长度可以超过10μm。另一种方法是vapor-liquid-solid (VLS)方法,在金属(如Au)催化生长在SiO Ge纳米线₂/ Si(100)基板通过化学气相沉积(CVD)使用气体通用电气GeH前兆₄(24]。VLS-grown Ge纳米线通常直径为70 - 80纳米,长度在10μm。VLS-grown Ge纳米线的报道载流子迁移率高于SFLS-synthesized Ge纳米线(13,14),而后者的方法是声称提供更好的控制纳米线的大小和产品产量更高23,25]。在这两种两种方法,通用电气不故意掺杂纳米线在增长,但无意掺杂通常发生(26,27]。

形成倪_x通用电气Ge /纳米线异质结构,SFLS-synthesized Ge纳米线在异丙醇(IPA)分散稀释到SiO₂/ Si衬底。热SiO顶部₂约为330纳米厚。Si衬底是退化掺杂的电阻率1 - 5×10⁻³Ω-cm,担任后门进行进一步的设备描述。电子束光刻技术(EBL)是用于定义镍接触Ge纳米线。在电子束蒸发约120 nm厚的倪(纯度为99.995%,在真空压力低于10⁻⁶托),样品浸入稀氢氟酸(HF)为15秒完全删除本地氧化物接触区。场发射扫描电镜(JEOL地产- 6700 FESEM)被用来检查样品形态退火前后的过程。数据1(一)和1 (b)显示设备示意图之前和之后的热扩散倪Ge纳米线。图1 (c)纯属捏造Ge纳米线设备的显示了扫描电镜图像显示统一的对比。然后样品退火与快速热退火(RTA) N的环境₂让倪热侵入Ge纳米线和随后形成镍_x通用电气Ge /沿着纳米线异质结构。在前面研究镍薄膜的界面反应通用电气(111)衬底,锗化物阶段形成序列被发现倪₂通用电气和NiGe增加温度在160°C到600°C (28]。不同的退火温度从400°C到700°C被用于这项研究优化纳米线异质结构的形成。是发现Ge纳米线在退火温度高容易破碎(> 550°C)由于显著降低熔点的Ge纳米线比大部分通用电气(29日]。当温度下降到400°C - 500°C,清晰的倪扩散到Ge纳米线也观察和形成镍锗化物被确认₂通用电气(稍后参考TEM分析)。图1 (d)显示了Ge纳米线的扫描电镜图像设备在60年代在500°C等,清晰的对比观察Ge纳米线和形成镍锗化物之间的纳米线由于导电性的差异。保持Ge地区很容易控制到650海里,它可以进一步降低子- 100 nm (11,16]。类似的对比也观察到在400°C等40年代,如图1 (e)。

为了识别阶段的形成锗化物和germanide-germanium的外延关系接口,原位利用TEM研究形成过程和反应动力学。TEM样品准备,单个水晶Ge纳米线分散在TEM网格与Si的方形孔₃N₄薄膜。的压力如果₃N₄薄膜沉积了低压化学汽相淀积(LPCVD)。“社会党国际”₃N₄电影大约50 nm厚,这提供了一个可靠的机械支持Ge纳米线设备在制造过程中,同时保证对电子束透明没有纳米线的干扰图像。EBL-defined倪垫了倪扩散源。jeol - 2010 TEM(在200 KV点对点分辨率为0.25海里)附加的能量色散谱仪(EDS)是用来研究微观结构和确定样品的成分。来原位观察镍电极的反应与Ge纳米线,样本加热在TEM与持有人(Gatan 652双倾斜加热持有人与电源样品加热到所需的温度)等模式下压力低于10⁻⁶托。数据2 - - - - - -2 显示高分辨率透射电镜(HRTEM)的图像形成镍_x通用电气在500°C退火/通用接口。根据lattice-resolved介绍分析,形成单个水晶镍锗化物被确认₂通用电气的斜方晶系的晶格结构和晶格常数海里,海里,纳米(空间群62)。观察到一个大的晶格失配56.3%的镍₂通用电气Ge /外延接口可能导致纳米粒子的分离(见图4)。在图2(b)、清洁和夏普镍之间的接口₂通用电气Ge /观察约1海里地理_x壳周围的通用电气和倪₂通用电气的地区。insets的数据2(一)和2(c)说明了快速傅里叶变换(FFT)的倪模式₂分别介绍通用电气和通用图像。通用电气和镍晶体外延关系₂通用电气(Ge)所示和通用电气(1)/ /倪₂通用电气(100),我们进行了讨论。数据2(d)和2通用电气(e)的低放大率TEM图像NWs退火前后在500°C,分别。图2(f)显示了EDS锗化物纳米线形成的区域,表明镍比锗浓度大约是2:1,这进一步支持这一事实是镍锗化物形成阶段₂通用电气。Si和N峰的信号是来自Si₃N₄窗口。

实时观察镍₂通用电气Ge纳米线进行使用的增长原位TEM视频,让我们获得lattice-resolved外延的TEM图像界面进程,从而估计增长速度。图3(一个)显示了倪的关系₂Ge纳米线长度与400和500°C的反应时间,说明潜在Ni的线性增长行为₂通用电气Ge纳米线,而详细的增长机制需要进一步研究。数据3(b),3(c),3(d)3(e)显示原位倪的TEM图像₂Ge纳米线生长在400和500°C,分别。倪的长度增长₂Ge纳米线在400°C 138.9 nm 455年代和340年代357.5 nm 500°C,分别。基于收集的数据超过3纳米线,提取的增长速度约为0.31 nm / s在400°C和1.05 nm /年代和500°C,分别。使用阿仑尼乌斯图(8),镍的活化能₂通用电气Ge纳米线的增长估计为0.55±0.05 eV /原子。

如前所述,由于大型镍晶格不匹配₂通用电气Ge /外延接口,倪产生的巨大压力₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构可能导致镍的分离₂通用电气在镍纳米颗粒₂通用电气长期退火后纳米线。图4(一个)显示了TEM图像纯属捏造的通用电气与EBL-defined镍纳米线设备在室温下垫。数据4(b) -4(d)是一个系列的原位Ge纳米线的TEM图像设备在400°C, 450°C和500°C连续退火,分别。时钟显示的时间在每个TEM图像右下角的形式获得小时:分钟:秒。体积膨胀和隔离,形成纳米颗粒明显观察到。图4(e)显示了另一个Ge纳米线设备的TEM图像退火30分钟的400°C。结果在图4(c) -4(e)清楚地表明,由于压力释放,倪₂通用电气在镍纳米粒子形成和隔离₂通用电气沿着形成镍纳米线作为镍扩散₂Ge纳米线。

同样,纳米颗粒在退火的隔离也观察到Ni-Si纳米线系统据韦伯et al。7]。Si,薄薄的一层优质原生氧化通常形成硅纳米线表面,而通用电气并没有一个稳定的原生氧化。这是观察到SiO₂壳牌大量约束影响镍硅化物的增长以及相变在硅纳米线(30.]。我们研究了影响锗化物氧化监禁的增长在Ge纳米线;一个氧化层,比如₂O₃,沉积盖Ge纳米线设备在退火过程中,如图的图表所示5(一个)。图5 (b)纯属捏造Ge纳米线设备的显示了扫描电镜图像显示统一的对比。等之前,20 nm厚₂O₃上沉积的原子层沉积(ALD)在250°C(图5 (c))。这是发现Ge纳米线的直径增加后₂O₃肾上腺白质退化症患者提供了保形沉积以来的报道。然后,样品退火后等在N₂环境允许热入侵的镍进入Ge纳米线和随后形成了倪_x通用电气Ge /沿着纳米线异质结构。明确倪扩散到Ge纳米线在SEM和TEM观察,和HRTEM锗化物形成进行了分析,进一步解释。图5 (d)显示了倪的扫描电镜图像_x通用电气/电气/镍_x通用电气异质结构在450°C等20多岁。Ge纳米线之间的明显对比观察镍锗化物形成纳米线,这是再一次的导电性差异归因于两个。图5 (e)示意图说明倪的形成_x通用电气/电气/镍_x通用电气与铝纳米线异质结构₂O₃监禁。红线显示设备的位置被切断与聚焦离子束(FIB)研究横截面结构,在图解释6。

图6(一个)显示了低放大率横断面TEM Ni的形象_x通用电气Ge /纳米线异质结构,削减的FIB SiO Ge纳米线设备制造₂/硅晶片,如图5 (e)。FIB切割之前,200 nm厚的Pt薄膜沉积上保护倪_x通用电气/电气/镍_x从离子束轰击Ge纳米线异质结构。在准备Ni的横截面_x通用电气使用FIB TEM分析,我们选择的位置尽可能倪_x通用电气/通用接口。有人指出在横断面视图中,有一些纳米粒子SiO隔离₂从镍锗化物形成的底部表面,该地区不止的₂O₃覆盖层。这一结果也说明了这一事实我们没有观察到纳米颗粒的₂O₃覆盖表面的SEM图像如图5 (d)。图6(b)显示了lattice-resolved HRTEM图像之间的界面形成NiGe纳米线和隔离NiGe纳米颗粒,这都是确定从FFT NiGe模式的插图所示图6(b)。NiGe有斜方晶系的晶格结构和晶格常数海里,海里,纳米(空间群62)。为了进一步证实了锗化物阶段,一个EDS扫描通过执行₂O₃顶部覆镍_xGe纳米线来确定通用电气的概要,镍、铝和O原子,如横断面TEM图像如图所示6(c)以及个人扫描配置文件数据6(d) -6从数字。(g)6(d)和6(e),镍/通用电气比例估计约为1:1,这进一步证明了NiGe阶段。

研究了外延镍之间的关系_x通用电气和通用电气,VLS-grown Ge纳米线分散在TEM与Si的方形孔网格₃N₄薄膜(如上所述)。样品制备是类似于镍过程如上所述₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构。唯一的区别在于,在退火过程中,一个基地₂O₃电影被ALD沉积在250°C帽装置和限制的固态反应germanidation在退火。美联₂O₃涂布设备然后退火原位(TEM)内非原位(等)。图7(一个)显示的低放大率TEM图像Ni-Ge纳米线设备限制10 nm₂O₃在450°C退火后30年代。扩大TEM图像如图7(b)表明,在倪显然有两个接口_x通用电气/ Ge纳米线异质结构。图7(c)显示了EDS扫描配置文件从纳米线异质结构。的谱线轮廓显示两个锗化物阶段形成了倪_x通用电气区域,对应于镍中观察到的两个接口_x通用电气/通用电气异质结构。Ni /通用电气比例约为1:1小锗化物地区接近倪_x通用电气/通用接口,暗示NiGe的形成。这个结果与扫描配置文件的数据是一致的6(d)和6(e)的长度。NiGe地区范围可以从几十纳米到几百纳米在我们的实验。另一方面,Ni /通用电气比例大约是2:1其他锗化物地区接近倪垫在左边,这意味着阶段是倪₂通用电气。同样值得注意的是,通用电气的浓度几乎不变的异质结构表明镍扩散占主导地位的物种在这个系统28]。图7(d)显示了倪的lattice-resolved HRTEM形象_x通用电气/ Ge异质结构,明显表现出两个接口。倪FFT模式₂NiGe通用电气,通用电气区域所示的数据7(e) -7(g),这进一步证实了锗化物阶段。通用电气/ NiGe接口之间的晶体外延关系确定和通用电气(1)/ / NiGe(001),而倪₂通用电气/ NiGe接口是倪₂通用电气[100]/ / NiGe[010]和倪₂通用电气(011)/ / NiGe (001)。值得注意的是,一个大的晶格失配77.7%的观察到NiGe / Ge外延接口可能导致纳米粒子的分离(见图6)。相比之下,在倪的外延关系₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构形成氧化没有监禁在退火是通用电气(01)/ /倪₂通用电气[01)和通用电气(1)/ /倪₂通用电气(100),当我们讨论(13]。因此,美联₂O₃覆盖层中发挥着重要作用的锗化物的增长也促进NiGe维持高质量外延的形成镍之间的关系₂通用电气和通用电气。

图8示意图说明了倪的外延关系₂通用电气在Ni /通用接口₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结和NiGe Ni /通用接口₂通用电气Ge / NiGe / / NiGe /镍₂Ge纳米线异质结构。根据外延关系在这两种情况下,纳米线的生长方向(通用电气沿[111]方向)并不是垂直于外延飞机(平行于通用电气(1)平面)。纳米线的“扭曲”增长模式大大不同于典型的外延生长的薄膜,增长的方向通常是垂直于外延的飞机(31日]。氧化物的存在限制可能改变能源的增长,从而改变扭曲的角度。此外,它表明,纳米线的捻线可以用来容纳大大大晶格不匹配。这种独特的经济增长模式可能归因于这样一个事实在最小化系统的总能量大的晶格失配的接口。进一步的微观研究在仿真和实验中需要理解这种独特的增长模式在一维的生长动力学系统。

自动形成尖锐Ni接口_x通用电气/电气/镍_xGe纳米线异质结构(有或没有₂O₃限制在退火)可以用来探索纳米设备的应用前景[6,7,10,16]。正如上面提到的,这个倪_x通用电气/电气/镍_xGe纳米线异质结构可以很容易地用来制造Ge纳米线场效应晶体管,在镍锗化物的地区_x通用电气可以用作源/漏接触到Ge纳米线通道。通道的长度可以简单地控制退火时间和生长锗化物纳米线的长度;因此,它可以很好地控制子- 100 nm使用方便等过程。显然,这个简单的过程有很大的优势传统的复杂和昂贵的光刻技术在实现短沟道晶体管。

SiO后门场效应晶体管是捏造的₂/ Si衬底研究镍的电传输特性₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构。Si衬底是退化掺杂作为后门。设备示意图如图9(一个)进行使用,电气测量探针台吉时利4200半导体参数分析。相比之下,图9 (b)显示了典型的对数图曲线为Ge纳米线场效应晶体管在不同排水前后电压等。他们都显示p型晶体管的行为,虽然我们打算无掺杂锗纳米线生长。这主要是由于费米能级钉在通用电气Ge纳米线表面引起的表面状态,这往往会导致孔积累(26,27]。之前的最大电流测量等V是大约30 nA,相应的电流密度一个/厘米²。由于大电流密度相对较小肖特基势垒的源/漏退火前联系。提取流动,我们首先使用cylinder-on-plate模型来估计门Ge纳米线之间的电容耦合和氧化后门 (见[32]),F /厘米是真空介电常数,SiO相对介电常数吗₂,纳米是Ge纳米线的半径。Ge纳米线通道清算银行μm,后门介质的厚度nm。鉴于上述参数,估计门电容F。场效应的空穴迁移率可以提取使用跨导曲线()在一个固定的排水的偏见

使用的最大跨导提取曲线,获得的空穴迁移率下降3 - 8厘米的范围²/ Vs。这与先前的报道是一致的值(小于10厘米²/ Vs) SFLS-synthesized Ge纳米线(25]。

在400°C等15秒后,然而,在通用电气传输测量纳米线设备显示改善晶体管特性,如图9 (b)。门口的偏见是扫描从0 V−40 V,后者对应于一个最大的垂直栅电场V /厘米。的曲线显示p型行为和一个开/关比率大于10³。最大电流测量V是约0.7μ相应的电流密度一个/厘米²退火后,20多倍,倪₂通用电气Ge纳米线通道开发联系。最大跨导提取曲线在排水偏见V是13.3 nS,场效应空穴迁移率为65.2厘米²/ Vs。虽然这种流动性仍低于报道值从VLS-grown Ge纳米线14,16),它仍然显示了约一个数量级提高SFLS-synthesized Ge纳米线(中25),这可能归因于增加镍的自动锋利的联系₂通用电气Ge纳米线。

同样,倪₂通用电气Ge / NiGe / / NiGe /镍₂Ge纳米线异质结构与形成₂O₃限制在退火也可以用来制造Ge纳米线场效应晶体管。为了进一步提高晶体管性能,VLS-grown纳米线被用于这项研究,因为他们的更高的载流子迁移率。SiO后门纳米线场效应晶体管是捏造的₂/ Si衬底同样如图10 ()。图10 (b)显示了典型的曲线的后门Ge纳米线场效应晶体管在450°C等20年代,开/关的比率高达10⁵。获得的最大跨导约为0.168μ年代在V,这产生了一个标准化的跨导的2.4μS /μm,假设的有效通道长度等于纳米线直径(70海里)(10]。在我们实验提取的空穴迁移率通常是在150 - 210厘米²/ Vs。与SFLS-synthesized Ge纳米线相比,显著提高晶体管性能在这里可以归因于一个更好的水晶VLS-grown Ge纳米线的质量。图10 (c)显示了典型的曲线的后门Ge纳米线场效应晶体管在不同电压门。

正如上面介绍的那样,艾尔₂O₃覆盖层有助于限制锗化物在Ge纳米线的生长在热退火。更重要的是,它是感兴趣的研究的影响₂O₃设备上的覆盖层性能。在前面研究金属接触通用电气通过薄层的衬底₂O₃穿隧氧化由周et al .,发现₂O₃帮助终止晃来晃去的债券和钝化通用电气表面,因此,缓解费米能级固定效应(12]。在这项研究中,双栅偏压的金属屑曲线进行探讨电荷捕获由于₂O₃在钝化Ge纳米线表面覆盖层。图10 (d)显示了曲线在各种条件下:之前₂O₃沉积(包括空气和真空)之后₂O₃沉积在250°C。门口的偏见被从+ 40 V−40 V然后回到+ 40 V步骤0.5 V的固定排水偏见mV。的曲线测量空气中退火前显示最大的滞后,这主要是由于吸收的分子环境和通用电气表面电荷捕获26,33]。测量了磁滞在真空(小于10⁻⁵托),然而,排除环境的贡献。同时,在真空的测量有助于减少散射的分子吸收通用表面沿Ge纳米线航空公司运输通道,这将减少Ge纳米线的阻力。此外,滞后后显著降低₂O₃沉积,明确演示的钝化效果₂O₃Ge纳米线表面的层(12]。此外,阿尔₂O₃钝化可能再次减少运营商的文化人,沿着Ge纳米线运输通道,从而进一步减少Ge纳米线的阻力。小磁滞礼物后₂O₃可能出现钝化,然而,从通用电气表面电荷俘获Ge纳米线通道和后门之间的介质,该地区所没有涉及的₂O₃覆盖层。

3所示。为未来的研究结论和讨论

总之,Ge纳米线异质结构用自动锋利的接口之间的固态反应已经证明了单个水晶Ge纳米线和倪接触垫通过简单快速热退火过程的温度范围400 - 500°C。晶体外延关系在倪的形成₂通用电气/电气/镍₂通用电气Ge纳米线异质结构被确定是[01)/ /倪₂通用电气[01)和通用电气(1)/ /倪₂通用电气(100)。使用形成了倪后门场效应晶体管是捏造的₂通用电气地区作为Ge纳米线源/漏接触渠道。电气测量显示了一个开/关比率超过10³和场效应空穴迁移率约65.4厘米²/ Vs,优于SFLS-synthesized Ge纳米线的报告值。

更重要的是,氧化的影响限制在通用电气的形成纳米线异质结构研究了覆盖一层的Ge纳米线设备₂O₃在退火过程。与单一镍锗化物阶段₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结构,一段高质量外延NiGe之间形成镍₂通用电气和通用电气。晶体外延关系被确定为通用电气(01)/ / NiGe[010]和通用电气(1)/ / NiGe(001)通用电气/ NiGe接口和倪₂通用电气[100]/ / NiGe[010]和倪₂通用电气(011)/ / NiGe倪(001)₂通用电气/ NiGe界面,分别。同样,后门场效应晶体管组装在镍形成的₂通用电气Ge / NiGe / / NiGe /镍₂Ge纳米线异质结构,电气测量揭示高性能p型行为,显示开/关比率高10⁵和场效应空穴迁移率约为210厘米²/ Vs。此外,阿尔₂O₃限制被发现使钝化Ge纳米线表面以及提供一个明显的监禁期间的生长锗化物和改变其成分保持高质量外延关系。

为进一步了解Ge纳米线的生长动力学异质结构,需要更详细的研究(8,9,34- - - - - -36]。例如,金属扩散(接触)源的大小可能影响Ge纳米线异质结构的形成,尤其是纳米颗粒的分离。摘要金属源被定义电子提单和电子束蒸发,在平面的大小倪联系人(通常在μ米范围内)远远大于Ge纳米线的直径(通常低于100海里)(13]。另一方面,其他一些研究硅纳米线异质结构,另一个广泛的研究了扩散源金属纳米线或点(参考表1),这导致了点接触型而不是一个平面接触到硅纳米线(8,9,37,38]。同样,我们也研究了通用电气的形成纳米线异质结构通过点接触Ge纳米线和镍纳米线之间的反应。图(11日)Ge纳米线的显示了TEM图像点与两个镍纳米线在TEM网格在室温下。镍纳米线是由电化学沉积,通常,直径50 - 100纳米的大小取决于阳极氧化铝(氧化铝)模板。图11 (b)显示了TEM图像,同样说明倪的扩散到Ge纳米线在450°C退火。红色箭头表示增长倪_xGe纳米线。值得注意的是,倪的增长_xGe纳米线从点接触型地区,类似平面接触的情况下(13]。然而,这不同于非绝对的的情况下/ Si /非绝对的纳米线异质结构通过之间的点接触型反应形成硅纳米线和镍纳米线的生长非绝对的实际上从硅纳米线的两端,而不是点接触型地区(8]。需要进一步的动力学研究了解不同的现象在通用电气和硅纳米线异质结构。图11 (c)TEM图像的另一个Ge纳米线在点接触型在室温下镍纳米线。图11 (d)显示了TEM图像说明倪的扩散到Ge纳米线在450°C退火。清晰的消费倪在倪的形成_xGe纳米线退火后观察,所反映出的红色圆圈。而且,令人惊讶的是,倪的隔离_xGe纳米粒子中没有观察到Ni-Ge纳米线点接触型系统在退火(13]。我们相信小得多的倪通量等点接触与平面接触可能发挥重要作用在防止纳米粒子的分离。因此,各种金属的区别联系在通用电气的形成纳米线异质结构需要进一步的研究。

对于设备的应用程序,我们演示了在这项研究中,形成锗化物用自动锋利接口通用可作为良好的电接触。事实上,林等。11)已经成功地检测到电子自旋注入的硅纳米线铁磁及其联系的形成及其/ Si /及其纳米线异质结构。然而,信号只能在相对较低的温度下,观察到自及其低居里温度约30 K。另一方面,有许多锗化物,如锰₅通用电气₃和倪₃通用电气,表现出室温铁磁性(20.,21),从而提供了更大的优势硅化物在室温自旋电子学应用前景,包括自旋注入,运输和检测。

事实上,室温铁磁锗化物阶段,倪₃通用电气(20.),研制了高反应温度、高浓度的镍蒸汽从大面积倪接触模式包围了通用电气NWs倪支离破碎₃Ge纳米线。图12(一个)显示了TEM图像形成的镍₃通用电气/电气/镍₃Ge纳米线异质结构在TEM网格在650°C退火。图12 (b)Ge纳米线异质结构的介绍说明了图像用干净锋利镍之间的接口₃通用电气和通用电气。通用电气区域控制到尽可能小的12海里。紧张的短通用电气地区镍₃通用电气/电气/镍₃通用电气为高性能纳米线异质结构是有前途的场效应晶体管和自旋电子学应用程序(11,39]。图12 (c)显示了倪的lattice-resolved TEM图像₃Ge-Ge接口,形成单个水晶镍锗化物被确认₃通用电气的面心立方(FCC)晶格结构(Fd3m,空间群227和JCPDS没有。65 - 7680年)和晶格常数nm。虽然轻微的体积膨胀还观察到,倪₃通用电气通用电气晶格点阵很符合,由于他们相同的晶格结构和一个非常小的晶格失配的只有1.5%(通用电气的晶格常数海里)。值得一提的是,扭曲的增长模式,这是观察在倪₂通用电气/电气/镍₂通用电气和倪₂通用电气Ge / NiGe / / NiGe /镍₂Ge纳米线异质结构,以适应大的晶格不匹配,并没有出现在这倪₃通用电气/电气/镍₃Ge纳米线异质结构由于这么小的晶格不匹配。然而,正如上面提到的,Ge纳米线的熔点显著降低于大部分通用电气(29日]。因此,Ge纳米线在高温下容易破碎,如图12 (d)。因此,在较低温度下铁磁锗化物夭折为了研究自旋传输在Ge纳米线。

确认

这部分工作是由西方支持的机构纳电子学(赢得)和中心注重功能设计纳米结构设计(FENA)。作者也承认国家科学理事会的支持通过批准号NSC - 007 - 104 - 98 - 2221 e my3。j . Tang和c . y .王造成同样的纸。

引用

1. 问:d . Wang Wang贾维a . et al .,“锗纳米线场效应晶体管SiO₂和高- - - - - -κ高频振荡器₂门电介质,”应用物理快报,卷83,不。12日,第2434 - 2432页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. Van Der Meulen, n . Petkov m·a·莫里斯et al .,“单一水晶通用电气_{1 - x}锰_x纳米线作为纳电子学的基石。”纳米快报,9卷,不。1,50-56,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 崔段黄y、x, y, l . j . Lauhon k·h·金和c m·利伯”逻辑门和计算从纳米线组装积木,“科学,卷294,不。5545年,第1317 - 1313页,2001年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 席兰德,h·a·尼尔森l·e·詹森和l·萨缪尔森“纳米线单电子存储器,”纳米快报,5卷,不。4、635 - 638年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 崔y,魏,h .公园,c . m .利“纳米线的纳米传感器的高度敏感和选择性检测生物和化学物种,”科学,卷293,不。5533年,第1292 - 1289页,2001年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. j . y . Wu, c .杨w . Lu和c m·利伯”单晶金属纳米线和金属/半导体纳米线异质结构,”自然,卷430,不。6995年,第65 - 61页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. w·m·韦伯l . Geelhaar a . p . Graham et al .,“Silicon-nanowire晶体管与侵入nickel-suicide联系,“纳米快报》第六卷,没有。12日,第2666 - 2660页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. k.c. Lu, w·w·吴h·w·吴et al .,“原位控制量子Si与巨大压力层nanoheterostructure非绝对的/ Si /非绝对的通过点接触反应,”纳米快报,7卷,不。8,2389 - 2394年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. s . l . y . c .周w . w . Wu程et al .,重复事件的“现场TEM观察纳米CoSi外延生长的成核₂在硅纳米线,”纳米快报,8卷,不。8,2194 - 2199年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. y . c .林k . c . Lu w·w·吴et al .,“单一水晶PtSi纳米线,PtSi / Si / PtSi纳米线异质结构,和nanodevices”纳米快报,8卷,不。3、913 - 918年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 林y . c, a . Shailos y . Chen和y黄”探测自旋极化载体的硅纳米线与单晶及其磁联系,“纳米快报,10卷,不。6,2281 - 2287年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. x y, m .小川汉,k . l .王”扶贫的费米能级将影响金属/锗接口插入一个超薄的氧化铝、”应用物理快报,卷93,不。2008年20篇文章ID 202105。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. f . j . Tang c . y . Wang秀et al .,”倪单个水晶₂通用电气/电气/镍₂Ge纳米线异质结晶体管。”纳米技术,21卷,不。50篇文章ID 505704, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. f . j . Tang c . y . Wang秀et al .,“Oxide-confined通用电气为高性能纳米线异质结晶体管的形成,“ACS Nano,5卷,不。7,6008 - 6015年,2011页。视图:谷歌学术搜索
15. n s德拉斯,s . Minassian j . m .红翼鸫和s e . Mohney”形成镍锗化物联系人Ge纳米线”,应用物理快报,卷97,不。26日,ID 263116条,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. t . Burchhart a . Lugstein y . j . Hyun g . Hochleitner和e . Bertagnolli“原子尺度的一致性copper-germanide为ge纳米线接触金属氧化物场效应晶体管,”纳米快报,9卷,不。11日,第3742 - 3739页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. t . Burchhart c .玉米蛋白y . j . Hyun a . Lugstein g . Hochleitner和e . Bertagnolli“高性能Ω-gated Ge纳米线场效应晶体管与quasi-metallic源/漏接触,”纳米技术,21卷,不。43岁的ID 435704条,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. t . Burchhart a . Lugstein c .玉米蛋白y . j . Hyun g . Hochleitner和e . Bertagnolli”Nanowire-metal异质结构的高性能mosfet,”Elektrotechnik和Informationstechnik,卷127,不。6,171 - 175年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. k . Yamane k . Hamaya y安藤et al .,“自动控制接口对费米能级的影响将在金属/通用接口,“应用物理快报,卷96,不。16日,ID 162104条,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 和泉t . m .谷口,s . Kumai, a .佐藤”周期性变形有限元的铁磁特性₃通用电气和倪₃通用电气,”哲学杂志,卷84,不。36岁,3883 - 3895年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 贾米特·m·a . Barski, t . Devillers et al .,“High-curie-temperature铁磁性在自组织通用电气_{1 - x}锰_xnanocolumns。”自然材料,5卷,不。8,653 - 659年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. h . y .老爷和b . a . Korgel”的重要性solvent-mediated phenylsilane decompositon动力学为高产液相合成硅纳米线,”化学材料,20卷,不。4、1239 - 1241年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. t Hanrath和b . a . Korgel超临界fluid-liquid-solid(荣新民)合成硅和锗纳米线被胶体金属纳米晶体,”先进材料,15卷,不。5,437 - 440年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. y l . Chueh c·n·博斯韦尔c . w .元et al .,“纳米结构工程通过隔离阶段:Au-Ge系统”纳米快报,10卷,不。2、393 - 397年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. 公元Schricker、美国诉Joshi t . Hanrath s . k . Banerjee和b . a . Korgel“场效应迁移率的温度依赖性solution-grown锗纳米线,”物理化学学报B,卷110,不。13日,6816 - 6823年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. t . Hanrath和b . a . Korgel”表面状态对电子传递的影响通过内在Ge纳米线”物理化学学报B,卷109,不。12日,第5524 - 5518页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 张,e . r . Hemesath d·e·佩雷亚e . Wijaya j·l·Lensch-Falk和l . j . Lauhon”相对的影响表面状态和大部分杂质锗纳米线的电学性质,“纳米快报,9卷,不。9日,第3274 - 3268页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. y . f .谢长廷l . j . Chen e·d·马歇尔和s . s .刘”倪的部分外延生长₂通用电气和NiGe通用电气(1 1 1),“薄固体电影卷,162年,第294 - 287页,1988年。视图:谷歌学术搜索
29. 吴y和p .杨融化,焊接半导体纳米线纳米管。”先进材料,13卷,不。7,520 - 523年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. 陈y . c .林,y, d .徐和y黄”,增长在Si和Si / SiO镍硅化物_x核/壳纳米线。”纳米快报,10卷,不。11日,第4726 - 4721页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. y, w•汉y王et al .,”调查的起源费米能级钉在通用电气肖特基结使用外延生长超薄分别以电影,”应用物理快报,卷96,不。2010年10篇文章ID 102103。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. 雷默,j . r . Whinnery, t . v . Duzer领域,在通信电子波约翰·威利& Sons,纽约,纽约,美国第3版,1994年版。
33. d . Wang y l .常问:王et al .,“锗纳米线的表面化学和电气性能,”美国化学学会杂志》上,卷126,不。37岁,11602 - 11611年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. y . c .周w·w·吴l . j . Chen和k . n .涂”的外延CoSi均匀成核₂在硅纳米线和非绝对的,”纳米快报,9卷,不。6,2337 - 2342年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. l . j .陈和w·w·吴“原位TEM研究纳米结构的动态变化,“材料科学与工程,卷70,不。3 - 6,303 - 319年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. c . y . y . c .周w . w . Wu李,c . y . Liu l . j . Chen和k . n .涂”异构和外延非绝对的均匀成核₂在(1 1 0)硅纳米线物理化学学报C,卷115,不。2、397 - 401年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. k.c. Lu, k . n .你w·w·吴l . j . Chen b . y . Yoo和n . v . Myung”之间的点接触反应镍硅纳米线和无功的外延生长轴nano-NiSi / Si,”应用物理快报,卷90,不。25、文章ID 253111 2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. c·w·w·w·吴k . c . Lu Wang et al .,“增长的多个金属/半导体nanoheterostructures通过点和线接触反应,”纳米快报,10卷,不。10日,3984 - 3989年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. w·w·吴k.c. Lu, k . n . Chen等人“大应变控制镍硅化物/ Si /硅化镍纳米线异质结构及其电子传递特性,”应用物理快报,卷97,不。2010年20篇文章ID 203110。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2011剑士唐等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。