功能表面细化有针对性地控制最细锡层的生长动态

具有功能材料的纳米级涂层在许多传感、电子和光子应用中发挥着重要作用。由德国耶拿莱布尼兹IPHT协调的一个国际研究小组首次成功观察到锡涂层在硅纳米结构表面上的新颖生长效应。

凭借所获得的知识，未来可以精确控制和监测沉积薄膜的化学成分，从而在生物光子学、能源产生或移动领域开辟新的应用。研究结果发表在《Small》杂志上。

电气工业以及传感器技术或光伏领域的各种电子零部件都需要含锡层。莱布尼茨光子技术研究所(LeibnizIPHT)的研究人员与来自德国、俄罗斯和英国的科学家一起研究了纳米级锡层的发展过程，并将他们的研究结果总结在《Small》杂志上。

所观察到的含锡薄膜生长过程的起始材料是直径小于100纳米的纳米线形式的超薄硅基结构。在实验研究中，研究人员首次证明了锡沿着这些硅纳米结构的特定分布效应。通过金属有机化学气相沉积在600摄氏度的沉积温度下沿半导体纳米线的整个长度形成具有不同氧化程度的含锡层。

“通过了解锡涂层如何生长以及哪些因素影响该生长过程，我们为专门控制涂层过程创造了条件。这使得表面能够非常精确地精加工，并在先前定义的位置配备所需的功能特性，”博士解释道。莱布尼兹IPHT硅纳米结构小组负责人弗拉基米尔·西瓦科夫(VladimirSivakov)与他的团队一起研究并发现了生长机制。

超薄锡层的应用

含锡的纳米薄涂层可实现特定的光学和电学特性，并可进一步改善光学和生物光子方法的研究和开发。

锡层可用作表面增强拉曼散射(SERS)光谱中的UV-SERS活性表面，可用于使用SERS活性金属纳米结构来确定生物样品的分子指纹。此外，在气体传感器的某些应用领域中，锡作为高度敏感层与气体发生反应。用于电动汽车和热能存储的高性能锂离子电池的应用场景也是可以想象的，其中镀锡阳极确保高电子传导性。

含锡层的机理和生长动力学

研究人员使用显微镜和光谱方法研究了纳米结构表面上观察到的锡基层的生长动力学。与均匀沉积的平面和非结构化硅表面相比，半导体纳米线的表面在整个长度上覆盖有不同尺寸和形状的含锡晶体。

该杂志发表的结果显示，沿着纳米结构硅表面形成了不同的氧化锡相，可以通过上部的二氧化锡(SnO2)、中部的一氧化锡(SnO)和金属锡(Sn)在下部。

所形成的金属Sn及其SnO和SnO2氧化物的量和分布可以通过硅基半导体纳米结构的长度、直径、孔隙率和间距来解释和有效控制。除了这些几何参数之外，研究人员还能够揭示作为氧化锡还原的还原剂的含烃副产物的形成，这是影响所形成的锡层沿半导体纳米结构分布的另一个因素。

硅结构的热导率以及高温气相沉积过程中沿纳米线的温度分布也会对不同氧化锡相的形成产生影响。

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