半導體所在銻化物納米線研究中取得系列進展

　　III-V族半導體納米線憑借其獨特的準一維結構和物理特性在納米晶體管、納米傳感器和納米光電探測器等方面有著重要潛在應用，是當前國際研究的熱點。特別是，三元合金InAsSb納米線除了具有超高的載流子遷移率和極小的有效質量外，其可調的帶隙以及電、光學性能使其成為紅外探測器的理想材料。目前，國際上廣泛采用外來Au催化的氣-液-固（VLS）機制制備納米線，但Au催化劑能在半導體材料中形成深能級復合中心，這將大大降低器件的性能。因此，發展無Au催化納米線的制備技術尤為重要。此外，目前無外來催化含In的化合物納米線生長機制存在爭議，主要集中在In液滴自催化的VLS和應力驅動的氣-固(VS)兩種生長機制上。

　　最近，中國科學院半導體研究所半導體材料科學重點實驗室研究員楊濤課題組在InAsSb納米線制備及機理研究方面取得系列進展。博士生杜文娜等首次在Si襯底上制備出高質量的垂直InAsSb納米線，并詳細研究了Sb組分對納米線生長的影響。特別是他們發現在InAs納米線生長過程中引入少量Sb，可以大大改善InAs納米線的均勻性和晶體質量（圖1），這將對制備高性能納米線器件具有重要意義。相關結果發表在J. Cryst. Growth 396 (2014) 33–37。

　　同時，他們還發現InAsSb納米線的生長機制隨生長參數變化而變化，在低Ⅴ/Ⅲ比和高Sb流量比下，納米線是通過VLS機制進行生長；而在高Ⅴ/Ⅲ比和低Sb流量比下，納米線則是以VS機制進行生長，這一發現為利用生長參數調控InAsSb納米線生長機制奠定了基礎。此外，兩種機制的納米線在形貌、生長方向和晶體質量方面顯著不同（圖2）。VS機制納米線方向統一、組分均勻，有利于發展低成本集成器件；而VLS機制納米線晶體質量高，更有利于制備單根高性能納米線器件。相關結果發表在Cryst.GrowthDes. 2015,15,2413?2418。

　　此外，課題組首次發現在不同取向的Si襯底上可以生長出不同形貌分布的平面InAsSb納米線（圖3）。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。將（111）晶向族分別在上述三個平面內投影后發現投影的數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襯底可實現對平面納米線生長方向的調控。同時，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構。結合熱動力學理論，他們很好地解釋了這些平面納米線生長規律。方向可空的平面納米線易與現代CMOS工藝兼容，這為未來制備高度集成的III-V族納米器件開拓了新的技術路線。相關結果發表在Nano Lett. 2016, 16 (2), 877–882。

　　該工作得到了國家科技部、國家自然科學基金委和中科院的經費支持。

　　圖1. 不同Sb組分對InAsSb納米線晶體質量的影響

　　圖2. InAsSb納米線兩種不同生長機制

　　圖3. 平面InAsSb納米線在不同區取向的Si襯底上方向分布及生長模型示意圖