Método vapor-líquido-sólido

El método vapor-líquido-sólido ( VLS ) es un mecanismo para el crecimiento de estructuras unidimensionales, como nanocables , a partir de la deposición química de vapor . El crecimiento de un cristal a través de la adsorción directa de una fase gaseosa sobre una superficie sólida es generalmente muy lento. El mecanismo VLS evita esto introduciendo una fase de aleación líquida catalítica que puede adsorber rápidamente un vapor a niveles de sobresaturación , y a partir de la cual puede ocurrir posteriormente el crecimiento de cristales a partir de partículas nucleadas .semillas en la interfaz líquido-sólido. Las características físicas de los nanocables que crecen de esta manera dependen, de manera controlable, del tamaño y las propiedades físicas de la aleación líquida.

El mecanismo VLS se propuso en 1964 como una explicación del crecimiento de filamentos de silicio a partir de la fase gaseosa en presencia de una gota de oro líquido colocada sobre un sustrato de silicio. ^[1] La explicación fue motivada por la ausencia de dislocaciones de tornillo axial en los bigotes (que en sí mismos son un mecanismo de crecimiento), el requisito de la gota de oro para el crecimiento y la presencia de la gota en la punta del bigote durante el todo el proceso de crecimiento.

El sistema de materiales utilizado, así como la limpieza del sistema de vacío y, por lo tanto, la cantidad de contaminación y/o la presencia de capas de óxido en la superficie de la gota y la oblea durante el experimento, influyen en gran medida en la magnitud absoluta de las fuerzas presentes en el interfase gota/superficie y, a su vez, determinar la forma de las gotas. La forma de la gota, es decir, el ángulo de contacto (β ₀ , véase la Figura 4), puede modelarse matemáticamente, sin embargo, las fuerzas reales presentes durante el crecimiento son extremadamente difíciles de medir experimentalmente. Sin embargo, la forma de una partícula de catalizador en la superficie de un sustrato cristalino está determinada por un equilibrio de las fuerzas de tensión superficial y la tensión de interfaz líquido-sólido. El radio de la gota varía con el ángulo de contacto como:

$R={\frac {r_{\mathrm {o} }}{\sin(\beta _{\mathrm {o} })}},$

$\sigma_{\mathrm {1} }\cos(\beta_{\mathrm {o} })=\sigma_{\mathrm {s} }-\sigma_{\mathrm {ls} }- {\frac {\tau }{r_{\mathrm {o} }}}$ ,

Figura 1: Ilustración esquemática del crecimiento de filamentos de Si a partir de la reacción de las fases de vapor de SiCl ₄ y H _{2 .}Esta reacción es catalizada por gotas de oro-silicio depositadas en la superficie de la oblea antes del crecimiento de la barba.

Figura 2: Crecimiento CVD de nanocables de Si utilizando catalizadores de partículas de Au

Figura 3: Ilustración esquemática del crecimiento de bigotes catalizado por aleación de metal que representa la ruta de los materiales de origen a través de la gota hasta la interfaz de crecimiento.

Figura 4: Ilustración esquemática del crecimiento de bigotes catalizado por aleación de metal que representa la formación de gotas de catalizador durante las primeras etapas del crecimiento de bigotes.

Figura 5: Una columna de plasma expulsada de un objetivo durante la deposición de láser pulsado.

Figura 6: Una posible configuración de una cámara de deposición de PLD.