(2)化学气相沉积

(a)单源化学气相沉积

图2 单源化学气相沉积

使用单一的无机化合物作为化学气相沉积的气相源材料的方法，已经被证明是迄今制备过渡金属硅化物纳米线最成功和通用的合成方法之一，如图4所示。通过蒸发和分解经过选择的简单的含有过渡金属和硅的无机化合物，纳米线的精确可控生长成为可能[1,8,9]。

（b）双源气相沉积

通常情况下，硅烷和金属的羰基化合物常被用来作为双源，在低温环境（250 – 450 °C）下通过CVD的方法合成成分可控的薄膜。Zhou等人应用类似的方法，合成了钛硅合金纳米线（TiSi2）以及二维的纳米网[10]。迄今为止，这一方法只成功应用到钛硅纳米线的合成，尚未被证明是一般适用于其他金属硅化物纳米线的方法。

锰硅二元合金因按成份比例的不同存在多种不同组份的合金结构导致了在预测生成物时的难度。不论根据WalserBene的“第一相位原理”[11]，或是根据有效生成热的方法[12]进行预测，都得出Mn5Si3这一组份应该是首先生成的，但是实际上MnSi或Mn3Si才是首先生成的[13,14]。如果我们弄清了锰硅纳米线的生长机制，可能就将使得整个金属硅化物纳米线生长机制更加清晰正确[5]。近几年的研究，已经通过气相沉积等方法成功获得了锰硅合金的多种相位的纳米线，包括MnSi1。8、MnSi、Mn4Si7、α-Mn5Si3、β-Mn5Si3、β-Mn3Si等等[1,5]。但是对于锰硅合金纳米线的可控生长还未实现。

因此，在本论文的研究中，我们将采用单源的化学气相沉积方法，并通过改变实验条件（如反映温度、反应时间），结合扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等多种手段的表征来检测和优化纳米线的生长，并试着解释锰硅纳米线的生长机制，从而期望实现纳米线的可控生长。

2。 实验方法

2。1 实验装置

我们使用如图3和图4所示的实验装置来进行纳米线的制备。该装置主要由一大一小两个石英管构成，并将其置放在单区管式高温炉（Lindberg/Blue M）中；我们将高纯Ar从石英管的一端通入，以提供我们实验所需的气体氛围及传输媒介；同时在石英管的另一端用真空泵控制实验过程中石英管内的气压，使其保持稳定。通过这一实验装置，我们能方便地改变实验过程中的各种条件，包括气压、温度、反应时间、气体氛围、反应样品浓度等来控制纳米线的生长。文献综述

 纳米线生长装置的示意图

 纳米线生长实验装置图

2。2 纳米线制备方法及条件

我们应用上述实验装置，采用化学气相沉积的方法制备MnSi二元合金纳米线。首先我们对实验所需的Si<100>基片进行预处理：将Si<100>基片切割成1×1cm2的小块，先让其在超纯水中超声处理15分钟；再先后用超纯水、乙醇和异丙醇对基片进行漂洗和冲淋处理，并干燥。称量0。1 g的MnCl2粉末（Aldrich 99。999% 10 mesh beads）作为反应的原材料，将其装在陶瓷小舟内，置于管式炉上的石英管内的气体上游（即通入Ar气的一端），距离高温炉开口7。5 cm处。将处理好的小块Si<100>基片陆续装载到石英管内，并放置在管式炉的中央位置，并将石英管两端分别与Ar气源和抽气泵相连。将此密封的化学气相沉积（CVD）系统抽至10-2 Pa的真空后通入150 sccm的高纯Ar进行洗气，洗气完毕后并将系统中的Ar气气压控制在700 mbar。然后，开始逐渐升高炉温，当炉温在850 °C – 1000 °C时MnCl2开始分解并蒸发出Mn蒸汽，在Ar气的传输下，Mn蒸汽到达下游的Si<100>基片上，与高温的Si基片发生化学反应（反应方程式见后）。实验中控制反应时间在10分钟至5个小时。反应结束后，让系统在Ar气氛围下自然冷却降温。