а) исходная никелевая пена; b-f) силицидные наноленты.
Механизм образования нанолент и нанолистов. а) разложение прекурсора; b) диффузия кремния и травление границ зерен; с) образование зародышей на границах зерен и рост лент или листов.
Емкость нанолент и нанолистов в зависимости от числа циклов заряд/разряд. |
Размеры КМОП-устройств постоянно уменьшаются, и традиционные литографические методы, основанные на технологии «сверху-вниз», уже не удовлетворяют предъявляемым требованиям. В связи с этим остро стоит задача разработки эффективных методов синтеза «снизу-вверх» и материалов, способных удовлетворить потребности страждущих. Силициды переходных металлов (NiSi, TiSi2, CoSi2 и т.д.) широко применяются в полупроводниковой промышленности для изготовления омических контактов, барьеров Шоттки, затворов и т.п. Такие материалы обладают высокими температурами плавления, устойчивостью к коррозии и малыми сопротивлениями. Их использование в наноэлектронике выглядит очень многообещающим. Кроме того, вызывает интерес и их применение в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей.
Китайские исследователи стараются не отстать от прогресса. Им удалось синтезировать наноленты и нанолисты из силицида никеля и исследовать их свойства. По их словам, нанопроволоки уже давно известны, а вот их структуры наблюдаются впервые.
Синтез происходил при реакции вспененного никеля и трихлорсилана (SiHCl3) в атмосфере азота и водорода. При различных соотношениях компонентов газовой смеси из пены получались либо наноленты, либо нанолисты, причем их размеры также можно варьировать.
Ленты представляют собой кубический Ni3Si и растут вдоль направления [001]. На их поверхности находится слой аморфного SiO2. В отличие от лент, нанолисты (или чипсы) состоят из двух силицидов - кубического Ni3Si и гексагонального Ni31Si12. Исследователи предполагают, что конечная структура материала обусловлена тем, что реакция интенсивнее протекает по границам зерен в металлическом никеле, на которых и располагаются зародыши силицидов. Скорость реакции, в свою очередь, определяет морфологию материала - ленты или листы. Аналогичная методика была успешно опробована и на титане; таким образом, контролируемое получение нанолент и нанолистов различных силицидов (FexSiy, CrxSiy, CoxSiy и т.д.) выглядит вполне реализуемым.
Наноленты Ni3Si и нанолисты Ni3Si/Ni31Si12 были исследованы в качестве анодов литий-ионной батареи. Удельная емкость нанолистов оказалась довольно велика - 540 мА ч/г против 330 мА ч/г для традиционного графита. Как показала электронная микроскопия, после циклирования морфология нанолистов нисколько не изменилась, т.е разрушения материала не произошло .
Работа «The facile synthesis of nickel silicide nanobelts and nanosheets and their application in electrochemical energy storage» опубликована в журнале Nanotechnology . |
