4_二维纳米材料的制备汇总
可控制备的二维纳米材料及其电学性质
可控制备的二维纳米材料及其电学性质二维纳米材料可以说是当今材料科学领域中最炙手可热的研究热点之一。
相比于传统的三维材料，二维材料的表面积相对更大，因此在催化、吸附等领域的应用有着更广泛的应用前景。
其中，可控制备的二维纳米材料在研究中所占的比例越来越大。
随着科技的发展，我们深入探索二维纳米材料的电学性质也成为了当前最为关注的问题之一。
一、二维纳米材料的可控制备二维纳米材料的制备通常包括从底部向上单层剥离、化学气相沉积、溶液法制备，以及机械剥离等技术。
单层剥离法，一般是指将多层的二维材料较容易地分离成单层的可控方法。
具体方法为：将去离子水或有机溶液浸泡在多层二维材料上，然后利用插层剂、离子液体等方法将其分离成单层。
例如，石墨烯就是一种可以通过单层剥离法得到的二维材料。
另一种常见的制备方法——化学气相沉积法，是通过在高温下将与反应气体反应的化学物质沉积在晶体上，这种方法的优点在于通常制备得到的纳米材料质量较高，可以得到较大的单层薄膜，且制备过程中无需液态载体。
但与此同时，化学气相沉积法制造出来的二维材料表面也可能固有一些缺陷，不够完美。
从溶液中制备出纳米材料的方法，在制备上的成本较低，可大批量生产，但相应地，制备出来的材料掺杂杂质较多，品质较为不稳定。
机械剥离法主要是通过机械剥离工具，例如胶带可以轻易地去除部分二维材料来获得单层纳米材料。
这种方法最大的优势在于，可以完整保存材料表面上的所有原始结构、性质和缺陷，同时剥离得到的最终产品也适用于大规模生产。
二、二维纳米材料的电学性质二维纳米材料的电学特性受到其表面的原子种类和排列方式的影响。
这导致不同的二维纳米材料具有不同的电学特性。
以石墨烯为例，该材料极其导电，能够让电子以极快的速度自由流动，这使得它有很好的受控性能，使得电极材料和电子器件中广泛使用。
但是，石墨烯具有零带隙，意味着在光子与材料之间进行电子传导时将不会出现任何阻碍，这使得它对于调制电子传输没有什么用处。
二维纳米材料的合成与应用
二维纳米材料的合成与应用二维纳米材料是一种新兴的领域，在纳米领域的研究中日渐受到越来越多的关注。
它们具有优良的光学、电学、热学和力学性能，被广泛应用于电子、光电子、化学、能源等领域。
如果我们能够合成和应用二维纳米材料，就可以推动纳米材料的研究和应用发展。
一、二维纳米材料的分类在开始介绍二维纳米材料的合成与应用之前，我们需要先了解二维纳米材料的分类。
根据其结构形态，可以将二维纳米材料分为两大类：石墨烯和非石墨烯二维纳米材料。
1. 石墨烯：石墨烯是由碳原子形成的单层二维材料，在2010年诺贝尔物理学奖中获得大奖。
它具有很好的电学、热学和光学性质，被广泛应用于电子器件、催化剂、生物传感器等领域。
除了单层石墨烯，还有多层石墨烯、导电聚合物包裹石墨烯等结构形态。
2. 非石墨烯二维纳米材料：非石墨烯二维纳米材料包括二硫化钼、氧化钼、氮化硼、氢氧化铝、氧化铟等，它们的化学成分、晶体结构和电学性质不同。
非石墨烯二维纳米材料具有不同的光学、电学和化学性质，可用于改善光伏材料、电子器件和化学催化剂等性能。
二、合成二维纳米材料的方法二维纳米材料合成是二维纳米材料应用的前提，也是二维纳米材料研究的重要方向之一。
二维纳米材料的制备方法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、机械剥离法等。
1. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积是一种利用气相反应合成薄膜的方法，它是合成大规模二维纳米材料的主要方法。
CVD合成石墨烯的方法是在铜箔或硅衬底表面沉积液态前驱体，然后在一定温度下，气相反应将前驱体分解成石墨烯膜。
2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积是通过高温或等离子体将固体表面的原子或分子释放成气体，然后在固定的基底表面附着，形成薄膜或纳米颗粒。
物理气相沉积可以得到多种不同物理性质的二维纳米材料，并且合成方法简单、成本低。
3. 机械剥离法：机械剥离法是一种将多层材料分离成单层或几层的方法。
这种方法的原理是使用黏性胶带将多层材料撕开，彼此分离。
二维纳米材料的制备和表征
二维纳米材料的制备和表征引言二维纳米材料是近年来材料科学领域的一个热门研究方向。
它们具有独特的结构和性质，广泛应用于电子器件、催化剂、传感器等领域。
本文将从制备和表征两个方面来探讨二维纳米材料的研究进展。
制备方法二维纳米材料的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的方法。
机械剥离法机械剥离法是最早用于制备二维纳米材料的方法之一。
通过使用粘贴胶带或剥离层将三维材料表面上的二维层剥离下来，得到二维纳米材料。
这种方法简单易行，但只适用于部分易于剥离的材料，如石墨烯。
化学气相沉积法化学气相沉积法是制备二维纳米材料的常用方法之一。
通过在适当的反应条件下，将气态前驱体分解或反应生成二维纳米材料。
这种方法适用于宽泛的材料体系，并能够获得高质量的二维纳米材料。
液相剥离法液相剥离法是通过将三维材料浸泡在特定的溶液中，使得溶液中的一层材料与基底分离，从而得到二维纳米材料。
这种方法对于某些化学活性较高的材料有较好的剥离效果。
氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种将氧化石墨烯转化为石墨烯的方法。
通过在高温下还原氧化石墨烯，可以去除氧化物，得到具有二维结构的石墨烯材料。
表征方法二维纳米材料的表征是研究其结构和性质的重要手段。
下面将介绍几种常见的表征方法。
透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是观察二维纳米材料结构的重要工具之一。
它通过透射电子束与样品相互作用的方式，获取显微级别的结构信息。
TEM可以得到二维纳米材料的晶格结构、层间距离等信息。
原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是观察二维纳米材料表面形貌的关键技术之一。
它利用探针扫描样品表面，通过检测探针与样品之间的相互作用力，获得样品表面的高度信息。
AFM可以获取二维纳米材料的层高、缺陷等信息。
X射线衍射（XRD）X射线衍射是分析二维纳米材料晶体结构的重要手段。
它通过测量样品对入射X射线的散射情况，推导出样品的晶格结构信息。
XRD可以用于确定二维纳米材料的晶体结构、晶格常数等。
二维纳米材料的制备及性能研究
二维纳米材料的制备及性能研究随着科技的不断发展，纳米材料领域也日新月异。
二维纳米材料作为一种新型纳米材料，受到了广泛的关注。
在制备过程中，需要采取一些特殊的制备方法，同时需要对其性能进行深入的研究。
本文将介绍二维纳米材料的制备及性能研究的相关内容。
一、二维纳米材料的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是一种制备二维纳米材料的常见方法。
该方法是通过用粘性胶带粘取较厚的原料，然后再用细针轻轻剥离，最终得到二维材料。
这种方法的制备过程简单，但是得到的材料品质可能不够稳定。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应在固体表面上沉积薄膜的方法。
在该方法中，先将原材料气体蒸发并混合，然后在待沉积的位置升温，当气体分子与样品表面发生反应时，会形成一层新的薄膜。
这种方法可以制备高品质的二维纳米材料，但是步骤较为复杂。
3. 液相剥离法液相剥离法是一种使用液体将原材料剥离成纳米厚度的二维材料的方法。
该方法是通过将原材料溶解在溶剂中，形成溶胶，然后向上逐渐加热，通过溶剂的挥发使溶胶中的物质逐渐沉淀，从而得到目标二维材料。
该方法可以制备厚度均匀的二维纳米材料，且过程简单。
二、二维纳米材料的性能研究1. 电学性能研究由于二维纳米材料的厚度和形态的特殊性，其导电性质表现出独特的性质。
二维纳米材料的吸收光谱与厚度密切相关，因此，对其电学性质的研究主要是观察样品的光学吸收谱和互相关谱。
通过分析这些数据，可以得出二维纳米材料的导电行为与能带结构之间的关系。
2. 光学性能研究二维纳米材料的光学性质也是其特殊性的体现之一。
通过研究其能带结构和光吸收谱可以确定其特殊的光学性能。
一些二维纳米材料具有独特的荧光和光致发光性质，因此也被广泛应用于光学器件中。
3. 磁学性能研究二维纳米材料也具有独特的磁学性质。
通过测量二维纳米材料的磁滞回线和磁滞曲线可以确定其磁学性质。
一些二维纳米材料具有独特的磁性，因此可以应用于制备磁性器件。
结语总的来说，二维纳米材料是一种新型的纳米材料，其制备和性质研究具有一定的特殊性。
二维纳米材料的制备
二维纳米材料的制备二维纳米材料指的是在纳米尺度下具有二维结构的材料，其厚度只有几个纳米到几十个纳米。
由于其特殊的结构和性质，二维纳米材料在纳米科技、能源储存、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍几种制备二维纳米材料的方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法和溶液剥离法等。
一、机械剥离法机械剥离法是制备二维纳米材料最简单和直接的方法之一，其原理是通过力学剥离来得到单层或少层的纳米材料。
最著名的例子就是石墨烯的制备方法，即用胶带在石墨上反复剥离，直到得到单层的石墨烯。
机械剥离法的优点是简单易行，无需复杂的设备和条件，但是受制于胶带的尺寸和质量，得到的纳米材料往往规模有限。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备二维纳米材料的方法，其原理是通过在特定的反应条件下，使气态的前体物质在基底表面上发生化学反应，生成纳米材料。
最常用的前体物质是气态的金属有机化合物，如三乙基金属（例如三乙基铝、三乙基镓等）。
在高温下，金属有机化合物分解生成金属源，然后在基底表面发生反应，在基底上生长纳米材料。
化学气相沉积法的优点是可以制备大面积的纳米材料，同时控制纳米材料的形貌，但是需要复杂的设备和条件，并且制备过程中还需要保证反应气氛的纯净度和稳定性。
三、溶液剥离法溶液剥离法是一种常用的制备二维纳米材料的方法，其原理是通过化学反应来剥离多层的纳米材料，得到单层或少层的纳米材料。
最常用的剥离方法是用强酸、碱或盐溶液浸泡多层纳米材料，使其分离成单层或少层。
溶液剥离法的优点是简单易行，无需复杂的设备和条件，并且制备过程中可以控制剥离的程度，得到不同层数的纳米材料。
以上是几种常用的制备二维纳米材料的方法。
不同的方法适用于不同的纳米材料和应用需求。
随着科技的进步，制备方法也在不断发展和改进，希望未来能够开发出更加简单、高效和可控的制备方法，为二维纳米材料的研究和应用做出更大的贡献。
二维材料的制备及性能研究
二维材料的制备及性能研究近年来，随着纳米科技的快速发展和突破，二维材料作为一种新兴的材料类型，备受科学界的关注。
二维材料是一类仅有一个原子层或几个原子层厚度的材料，具有独特的物理化学性质和应用潜力。
本文将就二维材料的制备方法以及性能研究展开讨论。
一、二维材料的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是最早出现的二维材料制备方法之一。
这种方法通过使用胶带等不粘材料将大块的材料轻轻地粘贴在上面，然后迅速剥离，以获得想要的薄层材料。
石墨烯的制备就是应用了这种方法。
机械剥离法的优点在于简单易行，但其局限性在于制备的材料较难控制厚度和质量。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种以气态前体为原料，在高温下通过化学反应沉积形成薄膜的方法。
这种方法常用于制备金属硫化物等二维材料。
化学气相沉积法的优点是可以在大面积上均匀生长，但其需要高温和创造高真空环境，操作比较复杂。
3. 液相剥离法液相剥离法是通过溶液浸泡，使多层材料分散为单层或少层材料的方法。
这种方法通常需要对溶液进行超声处理或机械剪切来进一步分散材料。
液相剥离法的优点在于制备简单，可以在较大的面积上获得高质量的二维材料。
二、二维材料的性能研究1. 电子性能由于二维材料的厚度极薄，电子在材料内部受限，形成了独特的能带结构。
这种限制导致了二维材料的电子输运行为不同于传统的三维材料。
石墨烯是最具代表性的二维材料之一，其高度可控的载流子输运性质使得其在电子学器件中具有广阔的应用前景。
2. 光学性能由于二维材料的特殊结构和尺寸效应，其光学性能表现出了非常独特的规律。
例如，石墨烯的吸收率极高，可达到2.3%，使其成为一种很有潜力的光学吸收材料。
此外，二维材料还可以通过对其制备过程和结构进行优化，实现调控其带隙和能带结构，进而在光电器件方面发挥出独特的优势。
3. 机械性能二维材料的厚度非常薄，因此其机械性能受到限制，并表现出一些特殊的性质。
例如，石墨烯的杨氏模量非常高，在细微尺度下可达1TPa，同时还具备了很高的拉伸性和弹性恢复性。
二维纳米材料的制备技术研究及其应用
二维纳米材料的制备技术研究及其应用二维纳米材料制备技术研究及其应用随着纳米技术的不断发展，二维纳米材料逐渐成为纳米科技领域的热点之一。
这类材料的厚度只有几个原子层的厚度，而且具有优异的电学、光学、热学等物理性质，使得其在电子器件、催化剂、传感器等领域有着广泛的应用前景。
因此，二维纳米材料制备技术的研究成为了当前的重要研究方向之一。
一、二维纳米材料的制备方法二维纳米材料制备技术的研究与开发，可以大致分为化学气相沉积、化学溶液法、物理剥离法和生物方法等几种。
其中，化学气相沉积技术是其中最为重要的一种方法。
1.化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是通过在反应室中将混合气体传入，然后在基底表面沉积化合物，最终得到所需形态的材料的一种制备技术。
该技术对于生长非常薄的、具有单晶质量的二维纳米结构具有重要作用。
此外，CVD还可以利用预制的单层二维材料作为种子层，在其表面生长新的二维纳米材料，并在大范围内制备复合结构。
2.化学溶液法化学溶液法是通过在溶液（水、有机溶剂等）中加入混合溶解的化学物质，控制溶液中物质浓度、温度、反应时间等条件，形成二维纳米结构的一种制备技术。
这种方法在实际应用中已经有了很大的成功，由于其产量高、工艺简单等优势，因此受到学术界的广泛关注。
3.物理剥离法物理剥离法是通过物理或化学方法从普通的块体材料中剥离出单层或多层的二维纳米材料形成的一种制备技术。
这种方法非常简单，但是由于其在大量生产上实效不大，因此不适合工业规模化生产。
4.生物方法生物方法则是通过活种和寄生虫来制备二维纳米材料的一种方法。
这种方法因为工艺环节较多，而且实验周期较长，因此工业应用不普遍。
二、二维纳米材料的应用随着二维材料的制备工艺日趋成熟，其在科技领域中的应用也逐渐得到了广泛的关注和应用。
其中包括了电子学、光学、催化学以及生物学等多个领域。
以下着重阐述其中一些比较重要的应用方向。
1.电子学与光学二维纳米材料在电子学和光学领域中有着非常广泛的应用。
二维材料的制备及其应用
二维材料的制备及其应用随着科技的飞速发展，材料科学也越来越得到重视。
而随着纳米材料领域的不断深入，越来越多的研究者开始关注另一种纳米材料——二维材料。
二维材料是指材料在一个纳米尺度下只有两个维度，通常是单层和多层分别为纳米厚度的材料。
二维材料具有许多独特的性质，如高比表面积、光电特性、机械性质和导电性质等，因此在诸多领域有着广泛的应用。
而二维材料的制备是实现它们应用的关键。
下面将简要介绍几种主要的二维材料制备方法及其优缺点。
1. 机械剥离法机械剥离法是最早被用于制备二维材料的方法之一。
它的原理是利用胶带或其他粘性介质将三维材料表面的薄层剥离下来，生成单层或者多层二维材料。
该方法对于制备单层的石墨烯非常有效，但是该方法易受表面污染和损伤的影响，因此可能会导致材料性质的下降。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过让气体在升高的温度下分解，使分解后的基原子沉积在衬底上，从而制备出单层或多层二维材料。
这种方法制备出的二维材料质量较高，但是需要较高的温度和气体裂解介质的使用，使得设备昂贵。
3. 液相剥离法液相剥离法是利用界限剂和有机化合物的超声处理，使三维材料表面的薄层剥离下来，生成二维材料。
利用液相剥离法可以制备出大面积的二维材料，同时可以利用有机溶剂进行分离和纯化。
然而，该方法也易受表面污染和损伤的影响。
4. 其他方法实际上，制备二维材料还有许多其他方法，如溶液剥离法、电化学氧化法、原位生长法和离子剥离法等。
这些方法各自具有自己的特点和局限性，需要根据具体的需要进行选择。
那么，制备出二维材料后，它们具有哪些应用呢？1. 器件制备二维材料在制备微电子、太阳能电池、透明电子等器件方面具有巨大潜力。
事实上，石墨烯已被证实可以制造出高性能的晶体管、光电传感器等微电子器件。
2. 催化剂许多二维材料具有优异的催化性能。
以二硫化钼为例，它可以被用来制备高效的水分解催化剂，促进氢能源技术的发展，还可以被用来制备智能材料、储能材料等。
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(3)原子凝结形成临界核
吸附原子在表面上扩散迁移，互相碰撞结合成原子团，并凝结在表面上。原子团中的原 子数达到某一个临界值，成为临界核；临界核进一步与其他吸附原子碰撞结合，向着长大方 向发展形成稳定核。 (4)稳定核捕获其他原子而获得生长 稳定核再捕获其他吸附原子，或者与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛。 （5）岛生长、合并，形成连续的膜
2、薄膜生长阶段 一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐长大，而岛的数目则很快达 到饱和。小岛像液珠一样互相合并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。形成与合 并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的 原子所填充，最后形成薄膜。
薄膜生长的基本原理
薄膜生长的基本原理
1. 自发成核：整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的；
形核的机理
在薄膜沉积过程的最初阶段，都需要有新相的核心形成。新相的成核过程可以被分为两种类型：
2. 非自发成核：除了有相变自由能作推动力之外，还有其他的因素起到了帮助新相核心生成的作 用。
薄膜与衬底之间浸润性 差，薄膜的形核过程可 以近似为自发形核
材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过 程形成的二维材料。
薄膜的生长过程直接影响薄膜的结构以及它的最终性能。
纳米薄膜材料的介绍
2. 薄膜分类
（1）物态： 液态；固态 固态薄膜 (thin solid film) （2）结晶态：
有序、 长程无序。 非晶态：原子排列短程 、 在单晶基底上同质和异 质外延 单晶：外延生长 晶态多晶：在一衬底上生长 ，由许多取向相异单晶 集合体组成
薄膜生长的基本原理
Ag在NaCl晶体表面生长过程
生长模式
在 Ag 原子到达衬底表面的最初阶段， Ag 在衬底上先是形成了一些均匀、细小而且可以运动的原子团－ “岛”。这些像液珠一样的小岛不断地接受新的沉积原子，并与其他的小岛合并而逐渐长大，而岛的数目 则很快地达到饱和。在小岛合并过程进行的同时，空出来的衬底表面上又会形成新的小岛。这一小岛形成 与合并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，最后只留下一些孤立的孔洞和沟道，后者不 断被后沉积来的原子所填充。在空洞被填充的同时，形成了结构上连续的薄膜。 小岛合并的过程一般要进行到薄膜 厚度达到数十纳米的时候才结束。
（3）化学角度
有机薄膜 无机薄膜
纳米薄膜材料的介绍
（4）组成
金属薄膜 非金属薄膜
（5）物性
硬质薄膜 声学薄膜 热学薄膜 金属导电薄膜 半导体薄膜 超导薄膜 介电薄膜 磁阻薄膜 光学薄膜
纳米薄膜材料的介绍
3. 薄膜应用
薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、
在上述各种机制中，开始的时候层状生长的自由能较低，但其 后，岛状生长的自由能变低了，岛状生长反而变得更有利了。
薄膜生：有形核阶段。新相核心可均匀形成， 也可择优形成。大多数相变属于此类。 （2）无核相变：无形核阶段。以成分起伏作为开端， 新旧相间无明显界面，如调幅分解。
晶体表面的全部原子键得到饱和，而且As原子自身也不再倾向于与其他原子发生键合，这有 效的降低了晶体的表面能，使得其后的沉积过程转变为三维的岛状生长。 3）层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了降低表面能，薄膜力图将暴露的晶面改 变为低能晶面。因此薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式会由层状模式向岛状模式转变。
薄膜生长的基本原理
在大多数固体相变过程中，涉及的成核 过程都是非自发成核的过程。 研究对象：一个原子团在衬底上形 成初期的自由能变化
保护电极寿命
Ag 膜
透明导电膜
集成电路中的场效应晶体管 (MOSFET)
Polycrystalline silicon
栅氧化层 (gate oxide): CVD 铜导线 ：sputter or evaporation
纳米薄膜材料的介绍
4 薄 膜 的 制 备 方 法
最主要的两类方法
.
薄膜生长的基本原理
kT pV ln p kT G ln1 S G
-Ω原子体积； - p 气相蒸汽压； - pV 饱和蒸汽压； - S = (p-pV)/pV 气相的过饱和度。
p > pV, S > 0, ΔGν < 0
薄膜生长的基本原理
自发形核的热力学理论
到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，形 成许多岛，再由岛合并成薄膜，造成表面粗糙。 被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免与衬底原子键合（被 沉积物质与衬底之间的浸润性较差）。
大部分的薄膜的形成过程属于岛状生长模式 • 衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配（非共格）时; • 金属在非金属衬底上生长; • 沉积温度足够高，沉积的原子具有一定的扩散能力。
太阳能等技术的核心基础。 •光学薄膜 （反射，增透，防紫外线，等等）；
•电子信息技术（集成电路，网络设备，光盘，磁盘，液晶
显示器，等等）；
•能源技术（太阳能电池，燃料电池，等等）； •传统机械领域（刀具硬化膜、热障涂层，等等）。
薄膜是现代信息技术的核心要素之一
等离子体平板显示器 plasma display panel (PDP)
Ag在NaCl晶体表面生长过程
薄膜生长过程
透射电子显微镜与电子衍射原位观察
薄膜生长的基本原理
实验观察到的三种薄膜生长模式：
（1）岛状生长模式：被沉积物质的原子或分子倾
向与自身相互键合起来，而避免与衬底原子键合； 从而形成许多岛，再由岛合并成薄膜。
生长模式
（2）层状生长模式：被沉积物质的原子倾向于与
薄膜生长的基本原理
2、层状生长（Frank-van der Merwe)模式：
生长模式
特点： 沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、 第三层……。
当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合。因此， 薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一直 保持这种层状生长模式。
薄膜生长的基本原理
导致层状-岛状模式转变的物理机制
被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：
生长模式
1）虽然开始生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬底之间晶格常数不匹配，因而随着
沉积原子层的增加，应变能逐渐增加。为了松弛应变能，薄膜在生长到一定的厚度之后，生 长模式转化为岛状模式。
2）在Si的（111）晶面上外延生长GaAs时，由于第一层拥有五个价电子的As原子不仅将使Si
(1)原子吸附
形核与生长的物理过程
射向基板及薄膜表面的原子入射到基体表面上，其中一部分因能量较大而弹性反射回去 ，另一部分吸附在表面上。在吸附的原子中有一小部分因能量稍大而再蒸发出去。
(2)表面扩散迁移
停留于表面的原子，在自身所带能量及基板温度所对应的能量作用下，发生表面扩散 (surface diffusion)及表面迁移(surface migration)。一部分再蒸发，脱离表面。
特点： • 生长机制介于核生长型和层生长型的中间状态。 • 在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度的层状生长之后，生 长模式转化为岛状模式。导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因应 该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。 发生的具体情形：
• • 当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下（准共格）； 在半导体表面形成金属膜时常呈现这种方式的生长。例如在Ge表面上沉积Cd，在Si表面 上沉积Bi、Ag等都属于这种类型。
形核与生长的物理过程
与其他有核相变一样，薄膜的生
长过程也可被分为两个不同的阶
段，即新相的形核与薄膜的生长 阶段。
薄膜生长的基本原理
1、新相成核阶段
形核与生长的物理过程
在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚到衬底上，从而开始了所谓的形 核阶段。由于热涨落的作用， 原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、而且可 以运动的原子团（岛或核）。 当这些岛或核小于临界成核尺寸时，可能会消失也可能长大；而当它大于临界成核尺寸时， 就可能接受新的原子而逐渐长大。 核形成与生长的物理过程可用下图说明，从图中可看出核的形成与生长有四个步骤： (1) 原子吸附；(2)表面扩散迁移；(3)原子凝结形成临界核；(4)稳定核捕获其他原子生长
发生的具体情形：
衬底晶格和沉积膜晶格相匹配（共格）时; 衬底原子与沉积原子之间的键能接近于沉积原子相互之间键能时； 以这种方式形成的薄膜，一般是单晶膜，并且和衬底有确定的取向关系。例如在Au衬底 上生长Pb单晶膜、在PbS衬底上生长PbSe单晶膜等。
薄膜生长的基本原理
生长模式
3、层状-岛状(Stranski-Krastanov)生长模式。
其中
系统的总自由能变化 G 4 r 3G 4r 2 3
G
kT ln1 S
将上式r求微分，求出使得自由能变化取得极值的条件为： 临界形核半径 对应的形成临界核心时系统的自由能变化：
能垒
讨论：
•热激活过程提供的能量起伏将使某些原子团具备了大小的自由能涨落，从而导致了新相核心的形成。 •当 r < r*时，在热涨落过程中形成的这个新相核心将处于不稳定状态，并倾向于再次消失； •当 r > r*时，新相核心将处于可以继续稳定生长的状态，并且生长过程将使得自由能下 降；
预定课程安排
讲座序 号
1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 时间 Sept 11, 4:25pm Sept 12, 2:30pm Sept 18, 4:25pm Sept 25, 4:25pm Sept 26, 2:30pm Sept 29, 4:25pm Oct 9, 4:25pm Oct 10, 2:30pm Oct 12, 2:30pm Oct 16, 4:25pm Oct 17, 2:30pm Oct 23, 4:25pm Oct 24, 2:30pm Oct 30, 4:25pm Nov 6, 4:25pm 内容 课程介绍，纳米材料概述 专题１：碳纳米管; 专题２:自然界中的纳米材料 固体表面的物理化学 纳米薄膜的制备 （原理） 纳米薄膜的制备（蒸发，溅射，外延等具体方法） 一维纳米材料的制备 （原理，设备） 一维纳米材料的制备 （具体方法） 纳米颗粒的制备 （原理） 纳米颗粒的制备 （气相法） 纳米颗粒的制备 （液相法） 纳米颗粒的制备 （液相法） 纳米颗粒的制备 （液相法） 三维纳米材料与特殊纳米材料的制备（多孔，复合，核壳结构，等等） 刻蚀法制备纳米结构（自上而下） 纳米材料与结构的表征 补10月3号的课 补10月2号的课 备注