硅纳米线纳米器件的研究进展

硅纳米线作为一类重要的一维半导体纳米材料,在纳米器件方面具有很好的应用前景,可以用于高性能场效应晶体管、单电子探测器和场发射显示器件等纳米器件的制备.介绍了近两年来硅纳米线作为检测细胞、葡萄糖、过氧化氢、牛类血清蛋白和DNA杂交方面的纳米传感器、纳米晶体管、光电探测器等纳米器件的最新进展,并对其研究前景做了展望.     

纳米线、纳米管的制备、表征及其应用

在高度集成化浪潮的推动下,现代技术对纳米尺度功能器件的需求将越来越迫切。纳米线、纳米管等一维材料作为纳米器件中必不可少的功能组件,在纳米研究领域中的地位显得愈发重要。本文从一维纳米材料的研究范畴入手,介绍了纳米线、纳米管的制备方法,技术要点以及各种相关表征方法,并涉及了当前一维纳米材料的一些应用研究,为基于纳米线、纳米管功能器件的研制提供前期参考。     

零维和一维半导体纳米结构

介绍了几种零维和一维无机半导体纳米结构的制备及其应用。其中,零维无机半导体纳米结构以Si,Ge量子点为代表,一维无机半导体纳米结构以碳纳米管、硅纳米线、氧化锌纳米线和氮化镓纳米结构为代表,介绍了它们的制备和应用研究动态;最后分析了纳米技术的研究和抢占技术制高点的重要性。     

ZnO纳米线及其器件研究进展

介绍了氧化锌(ZnO)纳米线(NW)的性质,总结了ZnONW的气相法、液相法、模板生长法、自组装法等制备原理和方法,详细阐述了ZnONW基光电、压敏和气敏等纳米器件的研究现状,如在发光二极管、太阳能电池、紫外激光器、纳米发电机、气敏传感器的应用现状。分析了目前ZnONW器件实用化进程中难以解决的p型掺杂等方面的问题及其在荧光探针、稀磁半导体材料和自旋电子器件等方面的研究和应用趋势,指出今后的研究及发展方向主要将集中在ZnO缺陷形成及作用机理的研究,ZnONW荧光探针的制备及其在生物医学上的应用,不同结构的ZnO超晶格和多量子阱的制备及其在自旋电子器件中的应用。     

锗纳米线的性能与应用

重点分析讨论了锗纳米线在电学、光学、光电导等特性及其在场效应晶体管制造方面的研究应用现状与最新进展。综合分析表明,未经处理的锗纳米线表面存在一层氧化物及缺陷,与电极连接时欧姆接触性能较差,在制备锗纳米线器件以前必须对锗纳米线表面进行钝化以便沉积电极;对锗纳米线进行掺杂可以改善Ge纳米线的性能,制造出实用Ge纳米线器件。指出在一根纳米线上生长硅/锗半导体纳米线形成硅/锗半导体界面,直接用单根纳米线制造具有完整功能的电子器件是将来重要的研究方向。     

硅纳米线的掺杂工艺与检测

掺杂硅纳米线有可能成为一种重要的硅纳米电子器件材料。因而,硅纳米线的掺杂工艺与检测很重要。半导体的掺杂工艺主要为扩散法,而硅纳米半导体线的掺杂检测方法主要包括电流-电压法、拉曼光谱、光致发光(PL)光谱、X-射线光电子能谱(XPS)及近边X-射线吸收精细结构光谱(NEXAFS)等。该文介绍了可引入到硅纳米线研究的现有半导体的掺杂工艺及检测方法,并就硅纳米线的掺杂工艺及检测的最新进展做作了详细的讨论。     

锗纳米线的性能与应用

重点分析讨论了锗纳米线在电学、光学、光电导等特性及其在场效应晶体管制造方面的研究应用现状与最新进展。综合分析表明,未经处理的锗纳米线表面存在一层氧化物及缺陷,与电极连接时欧姆接触性能较差,在制备锗纳米线器件以前必须对锗纳米线表面进行钝化以便沉积电极;对锗纳米线进行掺杂可以改善Ge纳米线的性能,制造出实用Ge纳米线器件。指出在一根纳米线上生长硅/锗半导体纳米线形成硅/锗半导体界面,直接用单根纳米线制造具有完整功能的电子器件是将来重要的研究方向。     

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线及其若干半导体器件

综述了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线与异质结制备技术的研究进展.针对基于Ⅲ-Ⅴ族纳米线的半导体器件,重点介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管的研究现状,详细介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管和隧穿场效应晶体管的制备流程、工艺技术和器件的电学性能,并对影响器件电学性能的因素进行了分析.概括介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线激光器和硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线太阳电池的研究成果,基于硅衬底的Ⅲ-Ⅴ族纳米线太阳电池为低成本、高效能的太阳电池领域开辟了新途径.研究结果表明,采用硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线制备的场效应晶体管、激光器及太阳电池等半导体器件相对于Si,Ge等传统半导体材料制备的器件有着巨大的优势,在未来集成电路技术中具有越来越大的影响力.     

Si纳米线场效应晶体管研究进展

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。     

Si纳米线表面Ni薄膜生长工艺

研究了Si纳米线表面Ni薄膜生长工艺。采用热蒸发法以SiO为起始原料制备自组生长的Si纳米线,再以5%(体积分数)HF剔除Si纳米线表面硅氧化合物,采用氩离子磁控溅射的方法在Si纳米线表面溅射一定厚度的无定形Ni颗粒,此后对镀Ni的Si纳米线进行完整晶体结构的退火处理。应用高分辨透射电镜(HRTEM)等结构表征工具分析了Si纳米线表面Ni薄膜的形成过程,HRTEM结果表明,在350℃左右退火得到的Si纳米线表面能形成连续的、结构完整的Ni薄膜;退火温度低于300℃时,表面溅射的Ni结晶效果较差;退火温度在800℃时,表面Ni薄膜发生团聚,形成了分立的纳米颗粒。     

纳米线在新型太阳电池中的应用研究

介绍了纳米线的研究发展历史、纳米线应用在新型太阳电池上的特点和优势、Si基纳米线结构应用在太阳电池方向的制备方法的研究进展、纳米线作为新型一维平面结构所具有的电学特性和特殊的光学减反特性。重点介绍了国内外对Si基纳米线阵列应用在太阳电池上的研究现状和最新研究进展,同时指出了研究中存在的问题以及今后的研究重点。由于纳米线特殊的载流子分离机制以及显著的光学减反特性,它在提高太阳电池效率、降低成本上仍具有很大潜力,在太阳电池领域的研究中占有重要地位。今后,纳米线太阳电池的研究仍将是国内外研究的热点问题之一。     

激光烧蚀法制备半导体纳米丝的研究进展

简要介绍了当前国内外激光烧蚀法制备半导体纳米丝的研究现状。介绍了目前激光烧蚀法制备的实验装置及所采用的激光束参数。比较了不同实验结果中在纳米丝结构和生长方向等方面的差异，并分析了半导体纳米丝生长的VLS金属催化机理和氧化物辅助生长模型，我们认为Si-金属混合物作靶时金属催化作用对纳米丝的生长起主要作用，而在Si-氧化物混合物作靶时，氧化物辅助作用将占主导地位。     

基于MEMS工艺制作的硅纳米线及其电学性质

通过运用Si3N4和SiO2作掩膜,采用各向同性和各向异性腐蚀液,利用硅的腐蚀自停止特性,实现了硅梁的纳米宽度控制,同时利用多次氧化在SOI材料上实现了纳米厚度控制,最终成功批量制作了硅纳米线.扫描电镜观测表明,制备的纳米线厚度和宽度都可严格控制在100nm以下,最细的纳米线宽度可以达到20nm.同批样品的宽度变化范围在20%以内.大气中对其电学特性测量表明,剥离了表面氧化层的纳米线的电阻会随放置时间的增长而逐渐增大.进一步实验分析发现水分吸附在其电阻变化中起了重要的作用.     

A p-silicon nanowire/n-ZnO thin film heterojunction diode prepared by thermal evaporation

This paper represents the electrical and optical characteristics of a SiNW/ZnO heterojunction diode and subsequent studies on the photodetection properties of the diode in the ultraviolet （UV） wavelength region. In this work, silicon nanowire arrays were prepared on p-type （100）-oriented Si substrate by an electroless metal deposition and etching method with the help of ultrasonication. After that, catalyst-free deposition of zinc oxide （ZnO） nanowires on a silicon nanowire （SiNW） array substrate was done by utilizing a simple and cost-effective thermal evaporation technique without using a buffer layer. The SEM and XRD techniques are used to show the quality of the as-grown ZnO nanowire film. The junction properties of the diode are evaluated by measuring current-voltage and capacitance-voltage characteristics. The diode has a well-defined rectifying behavior with a rectification ratio of 190 at -t-2 V, turn-on voltage of 0.5 V, and barrier height is 0.727 eV at room temperature under dark conditions. The photodetection parameters of the diode are investigated in the bias voltage range of ± 2 V. The diode shows responsivity of 0.8 A/W at a bias voltage of 2 V under UV illumination （wavelength = 365 nm）. The characteristics of the device indicate that it can be used for UV detection applications in nano-optoelectronic and photonic devices.     

Growth and Characterization of GaN Nanowires for Hydrogen Sensors

We report on the growth and characterization of high-quality GaN nanowires for hydrogen sensors. We grew the GaN nanowires by catalytic chemical vapor deposition (CVD) using gold thin films as a catalyst on a Si wafer with an insulating SiO₂ layer. Structural characterization of the as-grown nanowires by several methods shows that the nanowires are single-crystal wurtzite GaN.␣Photoluminescence measurements under 325 nm excitation show a near-band-edge emission peak around ∼3.4 eV. The hydrogen sensors are fabricated by contacting the as-grown GaN nanowires by source and drain electrodes and coating them with a thin layer of Pd. Hydrogen sensing experiments using the fabricated devices show high sensitivity response (ppm detection limit at room temperature) and excellent recovery. This work opens up the possibility of using high-quality GaN nanowire networks for hydrogen sensing applications.     

GaN纳米线的制备及光催化性能研究

采用化学气相沉积法(CVD)制备了大量的GaN纳米线,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱(EDS)和光致发光光谱仪(PL)对制备的样品形貌、结构、成分和发光性能进行了表征,并对其进行降解罗丹明B水溶液的光催化性能测试。结果表明,通过化学气相沉积法制备出了高质量的GaN纳米线,且GaN作为催化剂有一定的光催化效果。罗丹明B水溶液会因染料自身敏化作用而降解,但实验发现达到相同降解水平时无催化剂要比有催化剂至少多10 min。GaN作为催化剂时的降解速率k值为0.068 min-1,其数值相对于无催化剂时提高了17.2%。     

Magnesium Oxide Nanowires Synthesized at Low Temperature by Vapor-liquid-solid Mechanism

Magnesium oxide(MgO) nanowires were synthesized on the gold-coated Si(100) and MgO(100) substrates at lower temperature(600℃) by pulsed liquid injection metal organic chemical vapor deposition(MOCVD). The gold catalyst could be found on the tips of nanowires, which presents the vapor-liquid-solid(VLS) growth mechanism. Reactive species(oxygen or magnesium) have strong effects on the growth of nanowires. Abundant reactive species kill the vertically aligned nanowires to be randomly aligned ones or even chan...