Nano Lett.：新型硅納米結構制備方法——形變誘導

【引言】

硅納米結構極大地提高材料的機械、光學、電學等性能。半個世紀以來，眾多科學家已經通過納米壓痕、納米刻痕和納米壓痕等方式研究了由相變引起的硅納米結構，但通過金剛石加壓并以m/s速度的納米級變形的方式制造納米結構，仍未被報道。該方式為硅納米結構開辟了新的途徑，作者對其在電子產業、太陽能電池和能量存儲系統的潛在應用在應用提供了新的見解。

【成果簡介】

近日，大連理工大學的張振宇及中國科學院寧波工業技術研究所的江南等人，提出了一種新的硅納米結構制備方法：利用金剛石尖端并加以一定的速度進行研磨。通過透射電子顯微鏡觀察形變誘導的納米結構，發現其由非晶相、四方相、滑移帶、孿晶超晶和單晶組成。并通過模擬計算闡明了其形成機理。該項工作為納米結構材料的制備提供了新的途徑。相關成果以“New Deformation-Induced Nanostructure in Silicon”為題發表在Nature Letters上。

【圖文導讀】

圖 1 劃痕裝置、示意圖及材料SEM圖片

（a）劃痕裝置數碼照片；

（b）單個金剛石尖端SEM圖；

（c）研磨Si晶片數碼照片；

（d）芯片及裂紋形成示意圖。

圖 2 SEM形貌表征

（a）研磨后表面SEM圖；

（b）劃痕橫截面SEM圖。

圖 3 橫截面TEM表征

圖 4 孿晶超晶格TEM、傅里葉變換圖及其示意圖

（a）是圖3中（i）區域TEM圖；

（b）是圖3中（i）區域傅里葉變換圖；

（c）孿晶超晶格結構示意圖。

圖 5 材料局部TEM圖

（a）是圖3中（ii）區域TEM圖；

（b）是圖3中（iii）區域TEM圖。

圖 6 局部TEM及傅里葉變換圖

（a）是圖3中(iv)區域TEM圖；

（b）是圖3中(iv)區域傅里葉變換圖；

（c）圖3中(iv)區域傅里葉反變換圖；

（d）晶面間距圖。

圖 7 晶體結構模擬圖

（a）超晶格晶體結構斜視圖；

（b）壓縮前‘110’方向示意圖；

（c）壓縮后‘110’方向示意圖；

（d）{111}晶面示意圖；

（e）平均遷移能曲線圖；

（f）硅原子移動平均力曲線圖。

【小結】

本文提出了一種新型的硅納米結構制備方法：利用金剛石尖端并加以一定的速度進行研磨，獲得四方相的硅納米結構，并通過模擬計算得到四方相是{111}方向上的原子在2.16 GPa的剪應力下，沿{111}方向滑移形成的。該方法對于IC、太陽能電池和儲能系統等中的應用具有重要意義。

文獻鏈接：New Deformation-Induced Nanostructure in Silicon（Nano Letters, 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b01910）。

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