Wetting of Si surfaces by Au–Si liquid alloys

Abstract

The behavior of liquid Au–Si alloys on Si surfaces covered by a monolayer of gold has been investigated by ultrahigh-vacuum scanning electron microscopy. On the (111) surface, the alloy displays a constant contact angle with the surface from the eutectic temperature up to a temperature of 650 °C and thereafter the contact angle increases linearly with temperature. As observed in previous work, the shape of the liquid droplets changes from circular at lower temperature to hexagonal at higher temperature. In contrast, on the (100) surface, the contact angle increases linearly from the eutectic temperature to high temperature. The behavior of the shape of the droplets is, however, reversed: it is polygonal (octagonal) at lower temperature and becomes round at higher temperature. This behavior is explained in terms of the relative surface energy of the two surfaces and changing line tension of the liquid–solid–vapor phase line. In addition, the behavior of Au–Si droplets on vicinal and patterned surfaces of Si has been examined. The droplets cause step bunching and modify the local surface structure. Solidification of the droplets on all surfaces leads to phase separation.

Growth, Thermodynamics, and Electrical Properties of Silicon Nanowires

“…Au-Si alloy droplets on flat Si substrates and at temperatures of 400-650°C show a contact angle (defined here as the angle within in the liquid) of about 0 ≈ 43°. 179 Au-Si droplets on top of wires are much more spherical, typically exhibiting contact angles of 90-120°. 36 It is evident that the droplet has to undergo some sort of transition in the initial phase of growth, and it is this change of the droplet shape that causes the observed expansion of Figure 14.…”

Fabrication and Physical Properties of Mono- and Multilayer Metallic Nanostructures

“…Крім того, міряючи  Y та поверхневу енергію  lv , можна оцінити енергію адгезії W a . Наприклад, для золота, срібла, міді та кремнію   1400 мДж/м 2 [82],   1140 мДж/м [77],   1720 мДж/м 2 [77] та   2000 мДж/м 2 [83] відповідно. W a характеризує термодинамічну стійкість меж розділу між різ-норідними матеріялами та широко використовується на практиці для прогнозування їх потенційних зв'язувальних властивостей.…”

“…Внутрішній контактний кут  Y в системі тверде тіло-рідина можна визначити за допомогою класичних рівнянь Юнґа (2a) та Юнґа-Дюпре (2б) [85]:…”

“…Характеристика змочування поверхонь рідкими металами та загальна картина росту металічних наноструктур буде також за-лежати від електронної споріднености підложжя та речовини, що наноситься. Наприклад, для Au та Si(111) електронна спорідне-ність складає 2,309 еВ і 1,385 еВ [93] відповідно, що може вка-зувати на низьку змочування золота на поверхні монокристалу кремнію; це також підтверджується авторами в роботі [82]. Зна-чення електронної споріднености для Силіцію, Ауруму, Арґенту-му та Купруму подано в табл.…”

Fabrication of a Au/Si nanocomposite structure by nanosecond pulsed laser irradiation

“…Therefore, techniques for controlling the size and dimensions by employing top-down and bottom-up approaches have been widely discussed [10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]. Nanotechnological approaches, such as melt quenching, the vapor-liquid-solid (VLS) method using metal dielectrics [10][11][12][13][14][15], metal-ion implantation of semiconductors [4,5,16], and pulsed laser irradiation [17,18] have led to a transition in the size and dimensions of metal NPs and the nanostructure in NCSs. The present authors have also reported a novel top-down and bottom-up approach for fabrication of nanostructures such as Laser Induced Periodic Surface Structure (LIPSS)-dots on the surface of Si substrates using single-beam laser irradiation [19,20].…”