Morphology control of single-crystalline SiN nanomaterials

単結晶SiNナノ材料の形態制御

田口 富嗣; 山本 博之; 社本 真一  

Taguchi, Tomitsugu; Yamamoto, Hiroyuki; Shamoto, Shinichi

3種類の単結晶SiNナノ材料(ナノワイヤー,ナノベルト及びナノシート)を、窒素雰囲気におけるSi粉末の熱処理により作製した。熱処理温度が1300C以下で、窒素流量が0.5l/min以下の条件でSi粉末を熱処理した場合、SiNナノワイヤー及びナノベルトが生成した。SiNナノワイヤーに対するナノベルトの数比は、熱処理温度及び窒素流量が増加するとともに増加した。熱処理温度が1400C以上で、窒素流量が0.75l/min以上の条件でSi粉末を熱処理した場合、少なくとも2m以上の幅を有し、かつ厚みが1.5から4nmと薄いSiNナノシートが多く生成した。このように、熱処理温度だけでなく、窒素流量を変化させることで、生成するSiNの形態を制御できることを明らかにした。

Three kinds of single-crystalline SiN nanomaterials, SiN nanowires, nanobelts and nanosheets, were synthesized by the heat treatment of Si powder in N gas. The SiN nanowires and nanobelts are produced when the synthesis temperature and flow rate of N gas are lower than 1300 C and 0.5 l/min, respectively. The number ratio of SiN nanowires to SiN nanobelts decreases with increase in the synthesis temperature and flow rate of N gas. When synthesis temperature and flow rate of N gas are higher than 1400 C and 0.75 l/min, respectively, a lot of SiN nanosheets of at least 2 m in width and ranging from 1.5 to 4 nm in thickness are produced. Thus the morphology of SiN nanomaterials can be controlled by changing not only synthesis temperature but also flow rate of N gas.