Si$_x$Ge$_{1-x}$ 纳米线中铝的可逆扩散

尽管可逆性是热力学中的基本概念，大多数反应并不易于可逆，尤其在固态物理中。例如，热扩散是一个广为人知的概念，除其他用途外被用于向基质中的替代位注入掺杂原子以改善器件性能。通常，此类扩散过程会产生一个延伸至越来越大区域浓度梯度，且无法逆转该效应。另一方面，虽然半导体纳米线的自下而上生长颇具趣味，仍难以高控制度地制备轴向异质结构。本文中，我们报道了通过原位透射电子显微镜观察到的 Al 金属垫与 Si$_x$Ge$_{1-x}$ 合金纳米线之间固态交换反应中的可逆热扩散过程。热辅助反应导致形成一个夹在已反应 Al 与未反应 Si$_x$Ge$_{1-x}$ 部分之间的富 Si 区，构成轴向 Al/Si/Si$_x$Ge$_{1-x}$ 异质结构。在加热或（缓慢）冷却时，Al 金属可重复地移入和移出 Si$_x$Ge$_{1-x}$ 合金纳米线，同时保持棒状几何形态与结晶性，从而能以可逆方式在单一工艺步骤中制备并接触纳米线异质结构，且与当前硅基技术兼容。这一有趣体系在多种应用中颇具前景，例如全晶态集成接触相变存储器，以及用于近红外传感应用的 Si/Si$_x$Ge$_{1-x}$/Si 异质结构。