[发明专利]一种控制金属纳米棒生长的方法

说明书

一种控制金属纳米棒生长的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明基于金属纳米棒晶格动力学蒙特卡洛模型，通过先在衬底目标区域形成纳米级金属岛，然后结合倾斜式生长的气相物理沉积技术在特定生长参数下仿真模拟得到金属纳米棒直径与纳米级金属岛间距之间的线性关系；从而使得在实际采用倾斜式生长的物理气相沉积技术对预先沉积在衬底目标区域的纳米级金属岛进行外延生长时，不需要调整沉积粒子入射角、沉积温度、沉积速率等生长参数来控制金属纳米棒的最终生长形貌，只需根据已知线性关系调整预沉积纳米级金属岛间距就能获得目标直径大小的金属纳米棒阵列。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种控制金属纳米棒生长的方法。

背景技术

纳米材料通常是指材料的尺寸中至少有一个维度在1～500nm量级，在这一尺寸下，由于各种纳米效应的存在，使得材料显现出很多不同于普通材料的优异性能。因此，在过去的半个多世纪以来，纳米材料吸引着很多科研学者从事研究，并且推动着越来越多的科学工作者去寻找以及发现更多的纳米材料。

在人们寻找各种纳米材料并且研究其实际应用时，金属纳米棒作为纳米材料的一种，自然也得到了广泛的关注与研究。例如：金属铜作为当前硅基半导体行业中重要的互联材料，其材料性能在电子制造行业显得格外重要，而且由于当前堆叠式集成电路的发展，在三维晶片键合的热预算已经成为芯片制造时不得不考虑的因素时，而铜纳米棒可以很好减少热预算，因此在实际器件设计时，铜金属纳米棒的尺寸也必须考虑在其中。另外，贵金属纳米棒(银纳米棒、金纳米棒)在表面增强拉曼散射领域有着重要应用，它们可以极大的增加表面拉曼散射的光子信息接收能力，而贵金属纳米棒的尺寸与其光子信息接收能力息息相关。综上所述，业内人士希望能够精确控制金属纳米棒生长，获得符合各种尺寸要求的金属纳米棒，这种需求对诸多领域而言极为重要。

目前国内对于金属纳米棒(主要是贵金属纳米棒)的合成制备停留在电泳法和种子生长法。这些方法操作都十分复杂，并且由于对其生长过程形貌与尺寸的控制机理仍然缺乏准确深入的了解，因此很难控制最终产物的形貌。国外已经有科研工作者基于倾斜式生长的物理气相沉积技术制备金属纳米棒。倾斜式生长操作简单，原料单一，在高真空环境下利用高纯度原料进行外延生长即可合成金属纳米棒，基于该方法获得金属纳米棒的纯度高，除了所用原材料之外的高真空的生长环境也保证了产物的纯度；并且，通过调节生长温度和沉积原子入射角这两个实验条件可以在一定程度上控制金属纳米棒的最终生长形貌，但是这种控制并没有规律可言，生长参数稍一变动对于最终得到的金属纳米棒形貌的改变是难以预料的。文献《Smallest Metallic Nanorods Using Physical Vapor Deposition》报道了一种基于倾斜式生长铜金属纳米棒的方法，但是从文献第4页的相关表述可看出该方法制备的铜金属纳米棒的直径约为20nm，但是通过观察图3和图4可看出由于早期成核的随机性，还存在大量分布于其他尺寸的铜纳米棒。因此就目前而言无法精确控制产物的直径并获得规则分布的金属纳米棒。综上所述，亟需开发出一种能够精确控制金属纳米棒生长的方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术所存在生长金属纳米棒随机性以及纳米棒直径不可控的缺陷，提供了一种控制金属纳米棒生长的方法，基于倾斜式生长进行物理气相沉积技术结合金属纳米棒晶格动力学蒙特卡洛模型在沉积有金属岛阵列的衬底上生长金属纳米棒，得到纳米棒直径与金属岛间距的线性关系，进而实现通过调整金属岛间距来获得目标直径大小的金属纳米棒阵列。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种控制金属纳米棒生长的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：基于金属纳米棒晶格动力学蒙特卡洛模型在衬底上形成若干个间隔均匀的纳米级金属岛构成金属岛阵列；

步骤B：在金属纳米棒晶格动力学蒙特卡洛模型中设定金属的基本物理参数和生长参数，在不改变生长参数的前提下，依次调整纳米级金属岛间距进行模拟生长，经统计得到金属纳米棒的平均直径；