弯曲应变下Si纳米线的原位原子尺度结构演变.docVIP

  弯曲应变下 Si 纳米线的原位原子尺度结构 演变# 王疆靖，郑坤** 5 10 15 20 25 30 35 40 （北京工业大学固体微结构与性能研究所，北京，100124） 摘要：在透射电子显微镜中利用电子束辐照诱发碳支持膜卷曲变形技术，对单根[110]取向 的 Si 纳米线实施原位弯曲变形，并利用高分辨获得了它在原子尺度的结构演变信息。实验 结果表明：通过位错的产生、运动实现纳米线塑形变形，并通过位错的运动在张应力表面形 成原子台阶。针对[110]取向的 Si 纳米线，通过建立原子模型讨论了弯曲变形下张、压应力 表面台阶非对称变化的机理。 关键词：Si 纳米线；应变；塑性形变；原子尺度 中图分类号：O482.42 In Situ Atomic-scale Structural Evolution of Si Nanowires under Bending Strain WANG Jiangjing, ZHENG Kun (Institute of Microstructure and Properties of Advanced Materials, Beijing University of Technology, Beijing 100124) Abstract: The in situ bending deformation of [110]-oriented Si NWs were carried out in a transmission electron microscope (TEM) via mechanical force created by the TEM specimen supporting colloidal thin film under the beam irradiation, and their atomic-scale structural evolution information were obtained by high-resolution TEM. The results indicate that the plastic deformations were achieved by nucleation and motion of dislocations, and atom steps were formed on the tension surface due to the movement of dislocations. We discussed mechanism of the asymmetric change of steps on the tension and compression surface via building atomic models. Key words: Si nanowires; strain; plastic deformation; atomic scale 0 引言 自 1998 年，采用激光烧蚀法[1, 2]成功大量制得 Si 纳米线后，它的研究取得了较大的进 展，迅速成为科技界研究的热点。利用不同的方法，如化学气相沉积(CVD)、热气相沉积和 有机溶剂生长[3-5]等，都成功的制备出了 Si 纳米线。由于 Si 纳米线具有稳定的半导体性质， 与现代半导体技术兼容，决定了 Si 纳米线在微电子领域具有很好的使用价值。到目前为止， 利用 Si 纳米线组装成各种各样的纳米器件的报道也不断涌现出来，如纳米场效应晶体管[6]、 单电子探测器[7]、双方向电子泵[8]、双重门电路[9]、柔性器件[10]以及纳米线太阳能电池[11]等。 这些纳米器件广泛的覆盖了诸多领域如半导体工业、能源工程、生物工程等等。这些纳米科 技一旦能够应用于实际当中，不但能够突破现有工业技术，极大的改善生活环境，还能对人 类生命健康起到巨大的保障作用。尽管 Si 纳米线在诸多领域的前景令人向往，但是由于其 小的尺度，任何的“风吹草动”都会使得基于纳米线为单元的纳米器件处于应力应变的状态 基金项目：国家自然基金11374029）；2010 年高等学校博士学科点基金(20101103120026)； 全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目；北京市科技新星项目(Z121103002512017) 作者简介：王疆靖（1988-），男，学生，主要研究方向: 原位电子显微学 通信联系人：郑坤（1980-），男，副研，2011 年全国优博获得者，主要研究方向: 电子显微学、纳米力学. kunzheng@bjut.edu.cn -1-   下，因此研究 Si 纳米线的力学性能包括强度、断裂以及应力状态下的结构演化等等，是安 全开发应用