Germanium-silicon alloy and core-shell nanocrystals by gas phase synthesis.
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气相合成锗硅合金及核壳纳米晶
DOI：
10.1039/c4nr06318j
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
6.7
通讯作者：
W. Peukert
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
C. Mehringer;C. Kloner;B. Butz;B. Winter;E. Spiecker;W. Peukert
在这项工作中，我们提出了一种新的路线，合成定义良好的锗硅合金（GexSi 1 −x）和核壳纳米晶体（NC）采用甲硅烷（SiH 4）和单锗烷（GeH 4）作为前体在连续操作的两级热壁气溶胶反应器设置。第一热壁反应器阶段（HWR I）用于由氩气（Ar）中的SiH 4热解产生硅（Si）晶种颗粒。将所得的晶种气溶胶进料到第二反应器阶段（HWR II）中，并加入SiH 4和GeH 4的混合物。进料中前体的比例、它们的分压、HWR II中的合成温度和总压力根据所需的形态和组成而变化。合金颗粒的生产是在非均相表面反应机制中实现的，这意味着锗（Ge）和Si同时沉积在晶种表面上。NC可以用任何所需的组成合成，同时保持平均直径约30 nm，几何标准偏差（GSD）约为1.25。的吸收行为和相关的基本光学带隙能量依赖于合金成分的例子。他们证明了为电子和光电应用定制NC性能的可能性。在均相气相反应体系中，可以获得Ge-Si核壳结构。由于前驱体的气相反应动力学不同，Ge在籽晶上的沉积先于Si的沉积。Si层在Ge芯上外延生长，厚度约为5 nm。
In this work we present a novel route to synthesize well defined germanium-silicon alloy (GexSi1−x) and core–shell nanocrystals (NCs) employing monosilane (SiH4) and monogermane (GeH4) as precursors in a continuously operated two-stage hot-wall aerosol reactor setup. The first hot-wall reactor stage (HWR I) is used to produce silicon (Si) seed particles from SiH4 pyrolysis in Argon (Ar). The resulting seeding aerosol is fed into the second reactor stage (HWR II) and a mixture of SiH4 and GeH4 is added. The ratio of the precursors in the feed, their partial pressures, the synthesis temperature in HWR II and the overall pressure are varied depending on the desired morphology and composition. Alloy particle production is achieved in the heterogeneous surface reaction regime, meaning that germanium (Ge) and Si are deposited on the seed surface simultaneously. The NCs can be synthesized with any desired composition, whilst maintaining a mean diameter around 30 nm with a geometric standard deviation (GSD) around 1.25. The absorption behavior and the related fundamental optical band gap energy in dependence on the alloy composition are exemplarily presented. They prove the possibility to tailor NC properties for electronical and opto-electronical applications. In the homogeneous gas phase reaction regime facetted Ge–Si core–shell structures are accessible. The Ge deposition on the seeds precedes the Si deposition due to different gas phase reaction kinetics of the precursors. The Si layer grows epitaxially on the Ge core and is around 5 nm thick.
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