带你认识生物基团以及金属纳米粒子改性修饰硅纳米线(SiNWs)

硅纳米线是一种新型半导体光电材料，具有纳米材料所特有的小尺寸效应，经表面改性的硅纳米线具有不同于普通硅纳米线的特殊性质。本文主要介绍硅纳米线表面改性的进展，包括为应用于纳米电子技术中提高电子传输率和电路布线时达到更好欧姆接触而进行的硅纳米线表面金属改性，阐述了金属在硅纳米线中的存在形态，以及应用于纳米传感器技术中为检测特定化合物及生物基团而进行的硅纳米线表面有机物及生物改性。

1 ）金属纳米粒子改性硅纳米线

虽然在合成硅纳米线时可以通过改变工艺条件提高产量，但要通过控制硅纳米线的生长过程来提高电子的传导性却非常困难，而硅纳米线在电子及光电器件中应用时要求具有很高的电子传 输率，以便电路布线时能够很好地实现欧姆接触，这就要求必须在合成硅纳米线时引入其它能够 改变硅纳米线物理特性的元素来实现电子传输率的提高。鉴于金属良好的电子传输特性以及抗氧化性，金属在材料的表面改性中得到了广泛应用，国际上很多科学家开始采用在硅纳米线表面通过化学方法沉积纳米金属，由于金属的引入，硅纳米线的电子传输特性有了很大的提高，在电路布线时金属改性的硅纳米线具有很好的欧姆接触。研究中发现在氢氟酸溶液中硅纳米线表面氧化物在常温下很容易被氢氟酸腐蚀，并且硅原子和氢原子在硅纳米线外表面成键，氢对于硅纳米线表面可发挥清洁和稳定的作用，其稳定性大大超出常规硅，并且硅氢键在含有金属离子溶液中很容易被贵金属离子氧化，金属离子得到电子后成为金属单质沉积在硅纳米线的表面，或者形成稳定的硅化物。

2）硅纳米线表面金纳米粒子改性

Li 等[13]采用热气相沉积法合成硅纳米线后成功通过氩离子溅射双边沉积方法在硅纳米线表 面沉积了金的纳米粒子薄层(如图 1 所示)。在硅纳米线的外表面包覆着一层纳米金粒子，选区电子衍射对实验产物的晶体结构观测表明在硅纳米线中有Si、Au 及金的硅化物(如 Au3Si、Au5Si、 Au7Si 等)。研究者通过透射电镜(TEM)分析认为硅纳米线表面沉积纳米金粒子的过程是：(1)多面 体纳米金粒子(粒径约 5nm)吸附在硅纳米线的表面，一部分纳米金粒子被 SiO2 层包覆，离子束溅 射时，吸附着的 SiO2 配合基开始消失，留下带负电的硅原子，由于表面张力作用一部分金纳米 粒子开始沉入硅纳米线中；(2)部分纳米金粒子吞没在先融入的金晶体中形成金薄层，还有部分的金纳米颗粒和带负电的硅原子结合成硅金化合物(主要是 Au3Si)；(3)金纳米粒子重新排列成整 齐的晶格结构，形成整齐的金薄层。经纳米金粒子表面改性的硅纳米线具有很好的电子传输特性。

图 1 硅纳米线外表面被包覆纳米金粒子层的TEM 图像 及选区电子衍射图像图 2 硅纳米线表面银改性的 TEM 图像

1.3 硅纳米线表面金属铜改性

由于铜的电阻率较金属铝要低很多，表面铜改性的硅纳米线在半导体纳米器件集成电路中具

有广阔的应用前景。Qi 等[15]采用激光烧蚀硅靶合成了硅纳米线，并以铜棒为铜源，经高温淬火， 金属铜在高温条件下升华并和硅纳米线中的硅原子成键生成铜硅化合物。研究者通过透射电子显微分析显示硅纳米线顶部是一个纳米粒子球状体其铜硅摩尔比值为 3.4，球体边缘铜硅摩尔比值为 2.6，而硅纳米线的线部铜硅摩尔比值为0.05。选区电子衍射分析及对铜硅化合物理论计算分析表明纳米粒子为Cu16Si4 化合物，而不是纳米铜粒子，在分界面处为单晶硅，鉴于铜在硅中具有很高的溶解性，在晶体空隙处溶解了高密度的金属铜，研究者认为在硅纳米线的生长过程中发生了化学反应和原子的散射[16,17]，在高温条件下铜在晶体硅中具有很高的散射而且硅晶体空隙较大，所以铜原子溶解在硅纳米线中并在冷却过程中铜原子聚集而形成铜硅化合物。

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以上资料来自下齐岳生物小编hzn2021.02.24