锑化物纳米线研究取得重要进展

乐毅

[本刊讯]中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室杨涛课题组，在三元合金铟砷锑（InAsSb）纳米线制备及机理研究方而取得了系列重要进展，为未来制备高度集成的III-V族纳米器件开拓了新的技术路线。相关研究成果发表在Nano Letters，2016，16（2），877-882上。

III-V族半导体纳米线因其独特的准一维结构和物理特性可应用于纳米晶体管、纳米传感器和纳米光电探测器等方面，是当前国际研究的热点。其中，InAsSb纳米线不仅具有超高的载流子迁移率和极小的有效质量，还具有可调的带隙，是红外探测器的理想材料。日前，国际上广泛采用外来金（Au）催化的气-液-固（VLS）机制制备纳米线，但金催化剂在半导体材料中会形成深能级复合中心，这将大大降低器件的性能。因此，发展无金催化制备纳米线的技术显得十分迫切和重要。

课题组的杜文娜等首次在硅（Si）衬底上制备出高质量的垂直InAsSb纳米线，并详细研究了锑（Sb）组分对纳米线生长的影响。研究人员发现在砷化铟（InAs）纳米线生长过程中引入少量Sb，可以大为改善InAs纳米线的均匀性和晶体质量。同时，他们还发现InAsSb纳米线的生长机制随生长参数变化而变化，在低V/Ⅲ比和高Sb流量比下，纳米线以VLS机制生长；而在高V/Ⅲ比和低sb流量比下，纳米线则以气-固（VS）机制生长。这一发现为利用生长参数调控InAsSb纳米线生长机制奠定了基础。此外，两种机制生长的纳米线在形貌、生长方向和晶体质量方面显著不同。VS机制生长的纳米线方向统一、组分均匀，有利于制备低成本集成器件；而VLS机制生长的纳米线晶体质量高，更有利于制备单根高性能纳米线器件。

课题组首次发现在不同取向的Si衬底上可以生长出不同形貌分布的平面InAsSb纳米线。在（100）衬底上，纳米线沿四个相互垂直的方向生长；在（110）衬底上，纳米线沿六个夹角为54.7°或70°的方向生长；而在（111）衬底上，纳米线沿六个等价的60°方向角生长。研究人员将（111）晶向族分别在上述三个平面内投影后发现，投影的数目和夹角与上述平面纳米线在三种衬底上的分布完全相同。因此，利用不同取向的Si衬底可实现对平面纳米线生长方向的调控。此外，高分辨透射电镜图像显示这些平面纳米线具有纯立方相结构。