硅納米線(NW)因其潛在的應(yīng)用,如垂直集成的NW場效應(yīng)晶體管,生物化學(xué)傳感器,光伏,熱電器件,鋰電池陽極等而受到重視。Si NW可以使用化學(xué)氣相沉積,激光燒蝕,熱蒸發(fā)和溶液法來制造。對(duì)于某些應(yīng)用,Si NW優(yōu)選在不同于Si的襯底上形成。例如,成本和靈活性可能與太陽能電池有關(guān),因此金屬膜,玻璃或塑料是優(yōu)選的。生物相容性,重量輕和透明度是生物化學(xué)傳感的重要因素,所以玻璃或塑料比硅好。已經(jīng)使用諸如化學(xué)氣相沉積的方法實(shí)現(xiàn)了異質(zhì)襯底上的Si NW的形成。Si NWs已經(jīng)生長在不銹鋼薄膜上,但生長和工藝溫度高于650 oC,不適用于塑料或玻璃基材。已經(jīng)提出并證明了用于熱電和光伏應(yīng)用的Si襯底上的Si NWs向異質(zhì)襯底的轉(zhuǎn)移。甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)預(yù)先對(duì)齊的硅納米線到塑料上。然而,那些被轉(zhuǎn)移的Si NWs是水平排列的,限制了NW密度。另外,他們使用昂貴的硅絕緣體(SOI)晶圓。因此,雖然這些器件是用廉價(jià)的塑料制造的,但成本實(shí)際上很高。在這里,我們展示了從通常的Si晶片制造的數(shù)百萬個(gè)Si NWs到大約3-5×107 Si NWs / mm2密度的玻璃上的巨大轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的Si NW具有幾乎相同的取向,并在玻璃基板上垂直排列。X射線衍射研究顯示轉(zhuǎn)移的NWs顯示出與體Si幾乎相同的晶體性質(zhì)。他們的特點(diǎn)被調(diào)查。傳輸?shù)腟i NWs的吸收特性在400-1100nm的光譜范圍內(nèi)被明顯改變。在近紅外(IR)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)超過30倍的吸收系數(shù)增強(qiáng)。
圖1大量轉(zhuǎn)移垂直排列的Si NWs的圖示。
?。╝)旋涂高分子薄膜的接收基板被加熱。
?。╞)Si NW被壓在玻璃基板上。
?。╟)整個(gè)裝置冷卻下來,直到溫度降到低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
?。╠)去除原始的Si襯底。
圖2在大約55kg / cm2的壓力下在玻璃基板上轉(zhuǎn)移的Si NW的SEM圖像。
(a) - (c)轉(zhuǎn)移Si NW的頂視SEM圖像。
?。╠) - (f)在玻璃襯底上轉(zhuǎn)移的Si NWs的側(cè)視SEM圖像。
傳輸?shù)腟i NWs的長度分別為5.07μm,6.98μm和10.84μm。
圖3 X射線衍射光譜。在69°觀察到對(duì)應(yīng)于硅(100)的尖銳峰,
表明轉(zhuǎn)移的硅土NWs展現(xiàn)出總體(100)的優(yōu)先取向。以約22°為中心的寬無特征峰歸屬于接收器基底的無定形二氧化硅。
圖4轉(zhuǎn)移Si NWs的估計(jì)吸收系數(shù)。
在1100nm波長處的吸收系數(shù)約為3×103cm-1,在650nm處最大吸收系數(shù)增加到5.5×103cm-1。