王成新教授研究组在硅纳米线生长动力学研究中取得新进展

        由于易于与传统半导体工艺兼容和在未来新型光电子器件中的重要地位，硅纳米线的可控生长已成为纳米材料领域的重要前沿。在澄清硅纳米线生长机制的基础上，建立生长速率、取向、直径及热氧化速率与宏观热力学参量间的定量关联是实现其在光、电器件上应用的关键科学问题之一。

        硅纳米线的气-固-固(VSS)生长被认为是将来能实现器件化的最有效生长方式之一，因其在形成的硅纳米线中几乎没有触媒杂质。然而，相比于实验方法和实验手段的飞速发展，对硅纳米线VSS生长动力学程的理解非常有限，甚至不能很好去解释一些存在的实验现象，这很大的制约了硅纳米线的应用。

        最近，王成新教授研究组的崔浩副教授与工学院的陈衍茂副教授基于组内前期理论工作(Nano Lett. 6, 1552 (2006)；Nano Lett. 8, 2731 (2008)，Nano Lett. 12, 4032 (2012))，在硅纳米线生长机理的研究中取得新进展。进一步扩展了先前的理论模型，建立了一个普适的硅纳米线VSS生长动力学定量模型，成功的揭示了硅纳米线VSS生长过程中的物理本源。

        在该模型中，硅原子的供应主要是通过三个表面扩散过程：原子在衬底的扩散、原子在纳米线侧表面的扩散和原子在固态催化剂表面的扩散，而硅纳米线的生长主要是通过界面台阶流动生长模式来实现。该模型定量的描述了不同条件下硅纳米线VSS生长速率对生长条件的依赖关系，如纳米线尺度、温度、压强以及纳米线长度等，揭示VSS生长过程中的各种动力学过程和生长限制步骤，并从理论上阐述了台阶周期性单相成核和流动的物理实质，为今后人们设计和调控纳米线生长过程提供了理论依据。相关成果发表在国际纳米领域重要刊物《纳米快报》 (Nano Lett., 15, 3640 (2015).)。

        上述研究得到了国家基金委及光电材料与技术国家重点实验室资助。