Croissance sans pépins de Bismuth Nanowire tableau par évaporation thermique sous vide

Les nanofils limitent le transport des porteurs de charge et d'autres quasi-particules, telles que des photons et plasmons en une dimension. En conséquence, les nanofils présentent habituellement de nouvelles propriétés électriques, magnétiques, optiques et chimiques, qui leur accordent un potentiel presque infinie pour des applications dans l'électronique, la photonique, les technologies biomédicales, environnementales et liées à l'énergie micro / nano. ^1,2 Durant les deux dernières décennies, de nombreux de haut en bas et les approches bottom-up ont été développés pour la synthèse d'une large gamme de métaux ou de semi-conducteurs nanofils de haute qualité à l'échelle du laboratoire. ^3-6 dépit de ces développements, chaque approche repose sur certaines propriétés uniques du produit final pour son succès. Par exemple, le procédé populaire vapeur-liquide-solide (VLS) est mieux adapté pour les matériaux semi-conducteurs qui ont des points de fusion plus élevés et forment un alliage eutectique avec catalytiques «graines» correspondant. ⁷ En conséquence, la synthèse d'un nanofilmatériel d'intérêt particulier ne peut pas être couvert par les techniques existantes.

Comme un métalloïde avec petit chevauchement indirecte de bande (-38 meV à 0 K) et des porteurs de charge exceptionnellement légers, de bismuth en est un exemple. Le matériau se comporte radicalement différente à dimension réduite par rapport à sa masse, comme confinement quantique pourrait tourner nanofils de bismuth ou de films minces dans un étroit intervalle de bande semi-conducteurs. ^8-12 Dans l'intervalle, la surface des formes de bismuth un métal quasi-bidimensionnelle qui est nettement plus que sa masse métallique. ^13,14 On a montré que la surface de bismuth réalise une mobilité des électrons de 2 × 10 ⁴ cm ² V ^{-1 s} -1 et contribue fortement à sa puissance thermoélectrique en forme de nanofil. ¹⁵ Comme tel, il ya des intérêts importants sur l'étude de nanofils de bismuth pour électronique et en particulier les applications thermoélectriques. ^12-16 Cependant, en raison de bismuth très faiblepoint de fusion (544 K) et la préparation à l'oxydation, il reste un défi à la synthèse de nanofils de bismuth cristallin simples en utilisant des techniques traditionnelles de phase en phase vapeur ou en solution de haute qualité.

Auparavant, il a été rapporté par quelques groupes qui monocristallin nanofils de bismuth croissent à faible rendement au cours de dépôt sous vide de couches minces de bismuth, qui est attribué à la libération de stress accumulé dans le film. ^17-20 Plus récemment, nous avons découvert un roman technique qui repose sur l'évaporation thermique de bismuth sous vide poussé et conduit à la formation évolutive de simples nanofils de bismuth cristallin avec un rendement élevé. ²¹ En comparant précédemment rapporté méthodes, la plus importante caractéristique de cette technique est que le substrat de croissance est fraîchement revêtu avec une fine couche de vanadium nanoporeux avant bismuth dépôt. Au cours de l'évaporation thermique de celui-ci, de la vapeur de bismuth infiltre dans la structure nanoporeuse du vanAdium cinéma et s'y condense comme nanodomaines. Étant donné que le vanadium ne soit pas mouillée par le bismuth condensé, les domaines infiltrés sont ensuite expulsés de la matrice de vanadium pour libérer leur énergie de surface. Il est l'expulsion continue des nanodomaines bismuth qui forme les nanofils de bismuth verticales. Depuis les domaines de bismuth sont seulement 1-2 nm de diamètre, ils sont soumis à la suppression significative du point de fusion, ce qui les rend presque fondu à RT. En conséquence, la croissance des nanofils procède au substrat maintenu à la température ambiante. D'autre part, comme la migration des domaines de bismuth est thermiquement activée, la longueur et la largeur des nanofils peuvent être réglés dans un large intervalle en contrôlant simplement la température du substrat de croissance. Ce protocole vidéo détaillée est destiné à aider les nouveaux praticiens dans le domaine éviter divers problèmes communs associés au dépôt physique en phase vapeur de films minces dans un environnement exempt d'oxygène vide poussé.