On giant piezoresistance effects in silicon nanowires and microwires
在大量的表面耗尽硅纳米和微结构中，实验研究了先前报道的硅纳米线中的巨压阻（PZR）。示出的电阻随时间变化强烈，由于在样品表面的电子和空穴捕获。重要的是，这种随时间变化的抗性表现为与其他地方报道的相同的明显的巨大PZR。通过及时调节施加的应力，发现结构的真实PZR与体硅的PZR相当。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Atomic Structure and Elastic Properties of Branched Silicon Nanowires
从理论上研究了叉状和树枝状Y型硅纳米线结的原子结构和弹性性质，并利用Tersoff原子间相互作用势计算了有效杨氏模量.在弯曲的最后阶段，在Y形线的不同部分之间形成新的接合。结果发现，所考虑的纳米线的刚度可以与碳纳米管Y-结的刚度进行比较。
2009-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Networks of silicon nanowires: a large-scale atomistic electronic structure analysis
硅纳米线网络具有有趣的电子特性，超越了基于单个纳米线量子限制的预测。采用大规模的原子赝势计算，尚未开发的分支纳米结构的子系统水平，以及在充分的组装进行了研究。最终产品是一个简单的，但通用的表达式的带隙和带边排列的多重交叉硅纳米线的各种直径，交叉数，和线的取向。沿着这条线的进一步进展可能会推翻硅纳米线网络的自下而上的方法，通过从功能开始并导致实现结构的自上而下的设计。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of heat transport in real-scale silicon nanowire devices
利用原子晶格动力学和散射理论，我们研究了纳米器件的热输运的10 nm厚的硅纳米线，从10到100 nm长，夹在两个散装水库。我们发现，在设备中的热传输显着不同的悬浮延长纳米线，由于声子散射在接触界面。我们发现，热传导和声子输运制度可以调整从弹道扩散通过改变纳米线的表面粗糙度和它们的长度。在含有短晶体线的器件中，声子隧穿发生并增强了超过单个接触的电导。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A simple and controlled single electron transistor based on doping modulation in silicon nanowires
利用栅控硅纳米线制作了一种简单、重复性好的单电子晶体管。该结构是在绝缘体上硅薄膜上制成的金属氧化物半导体场效应晶体管。晶体管的沟道在低温下为库仑岛。在栅极的每一侧上沉积的两个氮化硅间隔物产生沿着纳米线的掺杂调制，其产生隧道势垒。这种屏障是固定和受控的，就像金属SET一样。库仑振荡的周期由晶体管的栅极电容设置，因此由光刻控制。还表征了源极和漏极电容。该设计可用于构建更复杂的SET设备。
2006-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Bending Behavior in Silicon Nanowires: A Nanomechanical Modeling Perspective
本研究采用五种纳米力学模型与分子动力学模拟，探究不同尺寸、晶体取向硅纳米线的弹性特性，揭示表面效应与各向异性对其力学行为的显著影响，深化了硅纳米线尺寸依赖行为与纳米尺度表面特性的认知。
2023-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Silicon Nanowires: Multiple Surface Dangling Bonds and Nonmagnetic Doping
通过第一性原理密度泛函理论计算，发现氢钝化的[100]方向多表面悬挂键（SDB）和硼掺杂的硅纳米线（SiNW）可以具有100%自旋极化的半金属基态，并且半金属性对外部电场具有很强的抵抗能力.在各种SDB的情况下，H钝化的SiNW也可以是铁磁或反铁磁半导体。本研究不仅提供了一种可能的路线，工程师半金属硅纳米线不包含磁性原子，但也揭示了操纵纳米线的自旋相关的性质，通过表面钝化。
2009-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dramatic reduction of surface recombination by in-situ surface passivation of silicon nanowires
纳米线具有独特的光学性质[1-4]，被认为是能量收集应用（如太阳能电池）的重要组成部分。[2，5-8]然而，由于其大的表面与体积比，载流子通过表面态的复合将纳米线中的载流子扩散长度减少了几个数量级，[9]通常导致基于纳米线的太阳能电池的低效率（百分之几或更少）。[7，8，10，11]通过表面钝化减少复合对于实现高性能纳米尺寸的光电子器件是至关重要的，但在很大程度上仍未被探索。[7，12-14]在这里，我们表明，涂覆在单晶硅纳米线（sc-SiNW）上的非晶硅（a-Si）薄层，在汽-液-固（VLS）过程中原位形成核-壳结构，将表面复合降低了近两个数量级。在调制光的照射下，我们测量到单个核壳纳米线的光敏性比没有壳的常规纳米线提高了90倍以上。纳米线的光吸收的模拟表明，强吸收的a-Si壳层有助于这种效果，但我们得出的结论是，这种效果主要是由于表面钝化增强载流子寿命。
2011-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Oscillation of Kinked Silicon Nanowires: a Natural Nanoscale Spring
我们进行经典的分子动力学模拟，以证明应用扭结硅纳米线（KSiNWs）作为纳米弹簧。在千兆赫频率范围内的弹簧类振荡成功地使用类似的程序作为一个经典的质量弹簧振荡器的致动。通过能谱分析，我们检测到了类似弹簧的机械振荡和其他一些低频振荡，在KSiNWs中，随着纵横比的减小，横模出现了维度交叉现象。我们的研究结果揭示了KSiNW的弹性特性，并为其在纳米机械器件中的应用开辟了一条道路。
2013-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing ultrafast carrier dynamics and nonlinear absorption and refraction in core-shell silicon nanowires
我们研究的弛豫动力学的光生载流子在硅纳米线组成的结晶芯和周围的非晶壳，使用飞秒时间分辨差分反射率和透射光谱在光子能量为3.15 eV和1.57 eV。差分透射率和反射率瞬变的复杂行为是来自纳米线表面和衬底上的晶体芯和非晶硅的混合贡献，其中状态填充和光致吸收的竞争效应支配载流子动力学。在增加光生载流子密度时观察到更快的弛豫速率。独立的实验结果上的结晶蓝宝石上的硅帮助我们在分离的贡献，在纳米线样品中的结晶芯和非晶区域的载流子动力学。此外，在1.57 eV的单束z扫描非线性传输实验中，在开放和封闭的孔径配置产生双光子吸收系数β $ (~3 cm/GW) and nonlinear refraction coefficient \$gamma$（-2.5 × 10 ^-4 cm 2/GW）。
2012-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport in Silicon Nanowires: Role of Radial Dopant Profile
研究了磷掺杂硅纳米线的电子输运性质。通过结合从头算密度泛函理论（DFT）计算和递归格林函数方法，我们计算了不同P掺杂杂质分布的200 nm长硅纳米线的电导分布.我们发现，掺杂剂的径向分布影响的电导性能显着：表面掺杂的导线有较长的平均自由路径和较小的样品到样品的波动，从弹道到扩散运输的交叉。这些发现可以用单个掺杂原子的散射特性来定量预测，这意味着在实际的器件建模中，相对简单的计算就足够了
2008-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deformation Potentials and Electron-Phonon Coupling in Silicon Nanowires
本研究基于第一性原理分析硅纳米线中电子-声子耦合，发现维度降低根本改变形变势行为并引发呼吸模式耦合，导致[110]纳米线迁移率为[100]的6倍。
2010-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lithography Free Process for the Fabrication of Periodic Silicon Micro/Nano-Wire Arrays and Its Light-trapping Properties
采用改进的金属辅助化学刻蚀（MACE）和反应离子刻蚀（RIE）相结合的方法制备了不同尺寸的垂直排列硅微/纳米线阵列。这是一种新颖的无光刻法制备硅微/纳米线阵列的方法。微/纳米线阵列的尺寸通过控制二氧化硅颗粒的蚀刻速率和直径来控制。硅微米/纳米线几何形状可用于从不纯的硅晶片有效收集光生电荷载流子，其具有短的少数载流子扩散长度，也用作自减反射膜层。对于平均直径分别为40 nm、330 nm和950 nm以及它们相应的平均长度分别为1.12微米、1.1微米和1微米的微米/纳米线，在45度入射角下观察到的平均反射率为0.22%、0.6%和0.33%，而平均反射率增加到4.2%、9.2%和11%。分别在太阳光谱的300 - 1200 nm的宽范围内以75度入射角照射。与平面硅晶片相比，这些样品的测量平均反射率相当低。因此，这种几何形状是一个有前途的候选人，用于制造低成本和高效率的径向结硅微/纳米线阵列为基础的太阳能电池。
2022-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Self-assembled Iron Silicon Oxide Nanowires onto Single-crystalline Si(100)
将单晶Si（100）片置于加热至70 ~ 100 ℃的硫酸铁铵、过氧化氢和三乙胺溶液中，合成了铁硅氧化物纳米线。制备了直径约为10 nm（在未刻蚀的Si（100）晶片上）和约为75 nm（在刻蚀的Si（100）晶片上）的铁硅氧化物纳米线及其自组装体。基于实验证据，提出了铁硅氧化物纳米线形成的可能机制。
2013-07-30 cond-mat.mtrl-sci
A Universal Gauge for Thermal Conductivity of Silicon Nanowires With Different Cross Sectional Geometries
利用分子动力学模拟研究了不同截面形状的硅纳米线的热导率。结果表明，导热系数随比表面积的增大而单调减小。更有趣的是，对于具有中等横截面积（大于20 nm^2）的硅纳米线，观察到热导率对SVR的简单通用线性依赖性，而与横截面几何形状无关。结果，在具有相同横截面积的不同形状的硅纳米线中，具有三角形截面的硅纳米线具有最低的热导率。本文的研究不仅为不同截面形状的导热系数提供了一种通用的测量方法，而且为通过几何形状调节导热系数提供了设计指导。
2011-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron mobility in silicon nanowires
采用自洽Poisson-Schrödinger-Monte Carlo方法计算了矩形硅纳米线晶体管的低场电子迁移率。通过将线宽度从30 nm减小到8 nm来研究迁移率的声子限制和表面粗糙度限制分量的行为，该宽度范围捕获二维（2D）和一维（1D）电子输运之间的交叉。声子限制的迁移率，其特征在于在低和中等的横向场的运输，被发现减少由于在电子-声子波函数重叠的增加而减少线宽度。与此相反，在非常高的横向领域，这是有限的表面粗糙度散射的流动性，随着减少线宽度由于体积反转。文中还简要讨论了声子限制的重要性。
2008-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Piezoresistance in Silicon and its nanostructures
压阻是由施加的机械应力引起的固体的电阻或更具体地电阻率的变化。这种效应在块状晶体材料如硅中的起源主要是电子结构的变化，这导致载流子有效质量的改变。在过去的几年里，人们对半导体纳米结构的压阻特性越来越感兴趣，这在很大程度上是由于硅纳米线中的巨大压阻效应比已知的体效应大两个数量级以上。这篇综述旨在通过总结过去10年来开展的主要工作，提出围绕硅纳米结构中巨型压阻的索赔和反诉的争议。可以从文献中得出的主要结论是：i）在未栅控硅纳米线中的巨压阻效应的可再现证据是有限的，ii）在栅控纳米线中，巨效应已经被几个作者再现，iii）巨效应与体硅压阻或由于累积层和异质结构中的量子限制而产生的巨效应根本不同，指向压阻的静电起源的证据，iv）释放的纳米线倾向于具有比未释放的纳米线稍大的压阻系数，以及v）对自下而上生长的纳米线进行的工作不足以排除它们与自上而下纳米线相比在性质上的根本差异。在此基础上，提出了今后可能的研究方向。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical analysis of hysteresis in solution processed silicon nanowire field effect transistors
硅纳米线（Si NW）是可溶液加工的场效应晶体管（FET）的理想候选物。纳米线沟道和栅极电介质之间的界面在FET性能中起着至关重要的作用，并且它可能是造成不希望的效应的原因，例如当施加栅极电压时由于阈值电压偏移而导致的I-V特性的滞后。使用栅极电压偏置应力测量，我们表明，高达40 V的大滞后与SiO2电介质的Si NW FET主要是由于在纳米线/SiO2界面的空穴陷阱。证明了一种使用可溶液加工的含氟聚合物电介质Cytop在顶栅配置中将这种滞后降低到仅2.5V的方法。实验结果表明，硅纳米线晶体管中的表面陷阱的密度主要取决于介电层的性质。通过评估基于SiO2底部电介质和顶部Cytop电介质层的代表性双栅极FET的场效应传输行为来研究栅极电介质的影响。对这些器件进行了表征，发现纳米线/SiO2界面处的空穴陷阱密度（1 × 10^13 cm-2）比纳米线/含氟聚合物界面处的空穴陷阱密度（7.5 × 10^11 cm-2）高一个数量级。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of self-trapped exciton formation in silicon nanostructures: The transition from quantum dots to nanowires
采用含时近似密度泛函理论方法，计算了氢钝化大长径比硅纳米结构的吸收光谱和发光光谱。系统地研究了轴向和径向电子约束效应。对于长度小于2 nm的短纳米棒，激发态弛豫导致了显著的Stokes位移，但对发光强度影响很小。自陷激子的形成同样只观察到短的纳米结构，较长的线表现出完全离域的激子，在激发态的最小几何失真可以忽略不计。
2009-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ballistic Conductance in Oxidized Si Nanowires
利用密度泛函理论结合格林函数散射方法研究了硅纳米线中局部氧化对空穴输运的影响，以及改变硅原子在线表面的氧化态的影响.对于硅纳米线的生长方向沿[110]和几个纳米的直径，它被发现，引入氧桥和背键不显着降低空穴传输的电压高达几百毫伏相对于价带边缘。因此，平均自由程与晶体管和其他纳米电子应用所设想的线长度相当或更长。沿着[100]取向的纳米线的传输是不太有利的，因此在空穴迁移率方面为[110]纳米线取向提供了优势，如在一些生长方法中优先产生的。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of Alkali- and Alkaline-Earth-Intercalated Silicon Nanowires
我们提出了一个第一性原理研究的电子性质的硅笼形纳米线插入各种类型的碱金属或碱土金属原子。我们发现纳米线的能带结构可以通过改变纳米线中的杂质原子来调节。所得系统的电子特性可以从金属到具有直接带隙的半导体变化。这些特性使得纳米线特别适合于电子和光电子应用。
2007-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Stability and plasticity of silicon nanowires: the role of wire perimeter
利用分子动力学模拟研究了硅纳米线的稳定性和可塑性。我们考虑了纳米线，<100><110>和<112>生长方向与几个直径和表面刻面配置。我们发现，金属丝周长，而不是金属丝直径，是有意义的尺寸参数。因此，表面刻面对纳米线能量起着核心作用，这遵循普遍的标度律。此外，我们还计算了硅纳米线对外部负载的响应。结果进行了比较，现有的实验和从头算数据。
2013-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of Silicon Nanowires with Native Oxide Surface State
针对分子动力学模拟硅纳米线力学行为时因未考虑真实表面态存在局限的问题，该研究纳入天然氧化层，分析多参数对其拉伸变形的影响，完善了硅纳米线尺寸相关力学性能的认知。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Carbon Clusters in Silicon Carbide Nanowires
利用第一性原理方法对碳化硅纳米线中的碳团簇进行了理论研究。我们研究了氢钝化SiC纳米线沿[100]和[111]方向生长的碳原子团簇和反位团簇。这些团簇的形成能计算为碳浓度的函数。我们验证了SiC纳米线中碳缺陷的能量稳定性强烈依赖于纳米线表面的组成：碳包覆[100] SiC纳米线中能量最有利的构型预计不会发生在硅包覆[100] SiC纳米线中。一些聚集体的结合能也得到了，他们表明，在SiC纳米线的碳团簇的形成是积极的青睐。
2011-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Development of nanowire devices with quantum functionalities
硅在过去的50年里一直主导着微电子工业。由于其零核自旋同位素（28 Si）和低自旋轨道耦合，人们认为硅可以成为在量子力学定律下操作的全新一代器件的优良主体材料[1}。然而，半导体纳米线由于其一维结构和性质而提供了作为纳米器件的下一个构建块的巨大潜力[2]。我们描述了一种制备掺杂的气-液-固（VLS）生长的硅纳米线样品的制造工艺，在2端和4端测量装置中进行电特性分析。
2015-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mobility Enhancement by Sb-mediated Minimisation of Stacking Fault Density in InAs Nanowires Grown on Silicon
报道了用无催化剂分子束外延法在硅（111）衬底上生长InAs $_{1-x}$ Sb $_{x}$纳米线（$0\leq x \leq 0.15$）。我们观察到随着锑含量的增加，InAs $_{1-x}$ Sb $_{x}$纳米线晶体结构中的堆垛层错密度急剧下降。这种减少导致场效应迁移率的显着增加，这是在室温下的InAs $_{0.85}$ Sb $_{0.15}$纳米线比InAs纳米线大三倍以上。
2014-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Raman features of silicon nanowires under high pressure
硅纳米线（SiNWs）（直径< 10 nm）在高压（<= 15 GPa）下转变为具有明显声子限制的刚性条纹状结构的潜力，而不是按照先前的报告的非晶化，使用原位拉曼光谱进行了证明。新观察到的二阶横向光学（2TO）拉曼模式分裂为2TO（L）和2TO（W）声子模式在>= 5 GPa建立了这些硅纳米线的高度各向异性和模式依赖的压力响应。与其他纳米结构硅和体硅相比，该新型结构的性能在增加的线性模量、更局部化的声子限制和更少的非谐性方面更优越。
2010-07-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Compact Model of Silicon-Based Nanowire Field Effect Transistor for Circuit Simulation and Design
随着传统的硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）接近其尺寸极限，许多新的器件结构正在被广泛探索。其中，硅纳米线晶体管（SNWT）引起了广泛关注。为了深入了解器件物理特性并评估SNWT的性能极限，仿真变得越来越重要。本工作的目标是：1）从理论上探讨SNWT的基本物理（例如，静电学、输运和能带结构），以及2）评估SNWT的性能极限和缩放潜力，并解决SNWT设计问题。基于计算机进行的模拟基本上是基于DFT使用NEGF形式主义。硅纳米线已经通过选择性地掺杂纳米线而被建模为PN二极管（齐纳二极管）、PIN二极管、PIP和NIN二极管配置，并且通过将纳米线的一端偏置到地并且将纳米线的另一端从-1V扫描到1V以获得相应二极管的电特性来进行模拟。为了确定硅纳米线中的建模二极管的有效性，已经通过选择性掺杂使用锗纳米线对相同的二极管进行建模，并且以相同的方式进行模拟，以获得基于锗纳米线的二极管的电特性，其已经用作分析使用硅纳米线获得的特性的参考。与传统的基于体硅和锗的二极管相比，模型化的二极管在尺寸上非常小。这项工作是其次是建模和模拟的栅极周围的纳米线场效应晶体管使用两个不同的栅极MOSFET，其次是温度依赖性的纳米线FET的特性和关态电流和电导的变化，使用两个MOSFET。
2014-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Modulation of Thermal Conductivity in Kinked Silicon Nanowires: Phonon Interchanging and Pinching Effects
我们进行分子动力学模拟，以研究在硅纳米线的扭结的热导率的降低。在室温下还原率可高达70%。还计算了还原的温度依赖性。通过计算声子极化矢量，发现两种机制是导致热导率降低的原因：（1）纵向声子模和横向声子模之间的相互作用;（2）扭曲和横向声子模的箍缩效应，即一种新的局域化机制.我们的工作表明，声子互换和箍缩效应，诱导扭结，是全新的和有效的方式在调制的纳米线的热传递，这使得扭结硅纳米线是一个有前途的候选热电材料。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Thermoelectric Properties of Scaled Silicon Nanowires Using an Atomistic Tight-Binding Model
低维材料提供了改进热电性能的可能性，这是由于用于设计其电子和热性质的附加长度尺度自由度。由于声子传导受到抑制，与原材料的ZT值相比，最近在纳米结构中报道了热电优值ZT的大幅改善。此外，低维度可以提高器件的功率因数，从而提供ZT的额外增强。本文采用sp3d5s* 自旋轨道耦合紧束缚模型计算了硅纳米线的电子结构。的Landauer形式主义被施加到计算的电导率，塞贝克系数，和功率因数的上限。我们研究了直径从3nm到12nm的n型和p型纳米线，在不同的掺杂浓度下，在[100]，[110]和[111]输运取向。使用纳米线中的晶格热导率的实验值，计算ZT的上限。我们发现，在室温下，缩小直径小于7nm可以最多增加一倍的功率因数和提高ZT。然而，在某些情况下，缩放根本不会提高性能。取向，几何形状，和子带工程技术的优化设计进行了讨论。
2010-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandstructure Effects in Silicon Nanowire Hole Transport
研究了强量子化硅纳米线场效应晶体管（FET）在不同输运方向上PMOS输运的能带结构效应。一个20带sp 3d 5s * 自旋轨道耦合（SO）原子紧束缚模型耦合到一个自洽的泊松求解器用于价带色散计算。弹道FET模型被用来评估电容和电流-电压特性。色散形状和曲率是器件尺寸、晶格取向和偏置的强函数，并且不能在有效质量近似下描述。限制质量在不同量子化方向上的各向异性可以导致电荷优选地在（110）表面中积累，其次在（112）表面上积累，而不是在（100）表面上积累，从而导致针对不同线取向的显著电荷分布。然而，纳米线FET器件的总栅极电容对于所研究的所有输运取向中的所有线而言非常相似（[100]，[110]，[111]），并且从氧化物电容退化约30%。与[100]线相比，[111]和其次是[110]取向的纳米线显示出最高的载流子速度和更好的导通电流性能。的色散特性和量子化行为，虽然一个复杂的功能的物理和静电约束，可以解释在一阶通过看重空穴价带的各向异性形状。
2008-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Si3N4 single-crystal nanowires grown from silicon micro and nanoparticles near the threshold of passive oxidation
采用一种简单、无催化剂的氧化物辅助法制备了氮化硅纳米线，并在短时间内获得了较高的产率。在对现有技术进行简要分析后，我们揭示了氧分压所起的关键作用：当氧分压略低于被动氧化的阈值时，高产率会抑制覆盖纳米线的任何二氧化硅层的形成，并且由于合成温度，可以控制纳米线尺寸。
2008-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Industrially Scalable Process for Silicon Nanowires for Seebeck Generators
直径为25 nm的单晶硅纳米线的热导率比块体材料的热导率低两个数量级，这一观察结果吸引了人们对硅作为潜在有效热电材料的兴趣。然而，只有当多晶硅可以取代单晶硅并且纳米线的制备不涉及任何先进的光刻技术时，这种潜在的兴趣才有希望转化为实际的兴趣。在这项工作中，我们展示了一种基于控制蚀刻和填充凹陷区域的技术，并采用标准光刻和沉积蚀刻方法，成功地制备了线密度为3E 6 cm^-1的多晶硅纳米线（直径为25 nm，长度为厘米级）。
2010-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic calculation of the thermal conductance of large scale bulk-nanowire junctions
我们已经开发了一个有效的可扩展的内核方法在开放系统中的热输运，我们已经计算了体硅和硅纳米线之间的结的热导直径高达10 nm。我们已经设计了透射和反射光谱的比例律，这使我们能够预测具有比原子模拟可实现的更大截面的体纳米线界面的热阻。我们的研究结果表明，特征尺寸超过该原子系统可以准确地处理介观理论。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic silicon nanowires
通过第一性原理计算，我们预测了过渡金属（TM）原子掺杂的硅纳米线具有半金属基态。它们在一个自旋方向上是绝缘体，但在相反的自旋方向上显示出金属性质。在TM原子的高覆盖率下，铁磁硅纳米线对于具有高磁矩的两个自旋方向都变成金属的，并且还可以在费米能级处具有显著的自旋极化。自旋相关的电子性质可以通过改变掺杂剂TM原子的类型以及纳米线的直径来设计。目前的结果不仅是科学的兴趣，但也可以启动新的研究硅纳米线的自旋电子应用。
2007-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Bandstructure Effects in Silicon Nanowire Electron Transport
研究了强量子化硅纳米线场效应晶体管（FET）在不同输运方向上电子输运的能带结构效应。一个10带sp 3d 5s * 半经验原子紧束缚模型耦合到一个自洽泊松求解器用于色散计算。一个半经典的，弹道FET模型被用来评估的电流-电压特性。发现对于所有考虑的传输方向中的导线，总栅极电容从氧化物电容值退化30%（[100]，[110]，[111]）。不同的导线方向主要影响载流子速度，这主要决定相对性能差异，而总电荷差异的影响很小。速度取决于有效质量和色散的简并度。[110]和其次是[100]取向的3 nm厚的纳米线检查，表明最好的导通电流性能相比，[111]线。色散特性是量子化的强函数。谷分裂等效应可以提高简并度，特别是对于截面边长小于3 nm的线。有效质量也随着量子化而显著变化，并且对于不同的输运方向变化不同。对于[100]和[111]线的情况，质量随着量子化而增加，然而，在[110]情况下，质量减小。质量的变化可以从硅的第一布里渊区中的非抛物性和各向异性来解释。
2008-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-Dimensional Hole Gas in Germanium/Silicon Nanowire Heterostructures
二维电子和空穴气体系统，通过平面衬底上的能带结构设计和外延生长，已经成为基础凝聚态研究和高性能器件的关键平台。通过在一维（1D）纳米结构衬底上的受控生长来类似地开发一维（1D）电子或空穴气系统，这可以开辟超越现有碳纳米管和纳米线系统的机会，但尚未实现。在这里，我们报告的合成和传输研究的基础上的一个独立的锗/硅（Ge/Si）核/壳纳米线异质结构的一维空穴气体系统。室温下的电输运测量结果清楚地表明，在未掺杂的Ge/Si纳米线异质结构的空穴积累，在对照实验上的单组分纳米线。低温研究表明，当Si壳层作为Ge沟道中空穴气的隧道势垒时，可以很好地控制库仑阻塞振荡。通过热退火也可再现地实现与空穴气的透明接触。在这样的设备中，我们观察到电导量子化在低温下，对应于弹道输运通过1D子带，其中测得的子带能量间距与计算的圆柱形限制潜力。此外，我们观察到一个0.7的结构，这已被归因于自发自旋极化，这表明这种现象在相互作用的一维系统的普遍性。最后，电导表现出很小的温度依赖性，符合我们的计算减少背散射在这个一维系统，并表明，即使在室温下的运输是弹道。
2005-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural properties of Silicon-Germanium and Germanium-Silicon Core-Shell Nanowires
实验上可以生长出由Si和Ge制成的核壳纳米线，并且可以很好地控制不同尺寸的核和壳。我们利用线性标度密度泛函理论（DFT）研究了Si/Ge和Ge/Si核壳纳米线的结构特性，这些纳米线沿$[110]$方向排列，直径可达10.2 nm，核壳比不同。我们表明，Vegard的法律，这是经常用来预测的轴向晶格常数，可以导致高达1%的误差，强调需要一个详细的\emph{ab initio}原子的纳米线结构的治疗。我们分析了本征应变分布的特征，表明无论成分或键合方向如何，Si核或壳总是膨胀的。与此相反，在Ge壳或芯的应变模式是高度敏感的位置，成分和键的方向。最高的应变被发现在异质结界面和纳米线的表面。这种原子结构和应变的详细了解铺平了道路的核壳纳米线的电子性质的研究和调查的掺杂和结构缺陷。
2018-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Significant enhancement of hole mobility in [110] silicon nanowires compared to electrons and bulk silicon
利用sp 3d 5s * 紧束缚能带结构和电子和空穴的波函数，我们证明了在[110]生长的硅纳米线（SiNWs）中声学声子限制的空穴迁移率大于电子迁移率。所考虑的SiNW的室温声学限制的空穴迁移率可以高达2500 cm 2/Vs，这是几乎三倍大于体声学限制的硅空穴迁移率。结果还表明，[110]生长的硅纳米线的电子和空穴迁移率超过了类似直径的[100]硅纳米线，空穴迁移率相差近两个数量级。由于小直径的硅纳米线主要沿[110]方向生长，结果强烈表明这些硅纳米线可能在未来的电子学中有用。我们的研究结果也与最近的实验测量硅纳米线的流动性。
2008-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Self-aligned process for forming microlenses at the tips of vertical silicon nanowires by atomic layer deposition
微透镜是光电子学中的关键使能技术，允许光有效地耦合到图像传感器和发光二极管等设备。它们无处不在的性质激发了新制造技术的发展，因为现有的方法面临着挑战，因为微透镜被缩放到更小的尺寸。在这里，我们演示了通过快速原子层沉积（ALD）过程中的垂直取向的硅纳米线的尖端的微透镜的形成。该过程的性质是使得微透镜在纳米线上居中，并且存在对由纳米线间距引起的微透镜的最终尺寸的自限制效应。有限差分时域电磁模拟进行微透镜聚焦性能，包括显示其能力，以提高硅纳米结构的可见波长吸收。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of free-standing silicon nanowire using Raman spectroscopy
低维体系，特别是纳米线，已经表现出优异的光学和电学性质。了解半导体纳米线的热性质对于它们在电子器件中的应用是非常重要的。在本研究中，独立的硅纳米线（NW）的热导率估计采用拉曼光谱。这种技术的优点是光源（激光）既可以用作加热源，也可以用作激发源。研究了自支撑硅纳米线的一阶喇曼峰位置随温度和激光功率的变化。通过对暴露硅NW吸收的有效激光功率的关键分析、详细的拉曼研究以及硅NW中纵向热分布的概念，估计直径为112 nm的独立硅NW的热导率为~53 W/m. K。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dislocation-free axial InAs-on-GaAs nanowires on silicon
我们报告的轴向InAs-on-GaAs纳米线异质结的生长在硅上的分子束外延使用20 nm直径的Au催化剂。首先，GaAs纳米线段的生长参数进行了优化，以实现纯纤锌矿晶体结构。然后，我们开发了一个两步生长过程，以提高垂直的InAs-on-GaAs纳米线的产量。通过进一步优化生长参数，我们实现了90%的直InAs-on-GaAs纳米线。我们研究了在界面处的组成变化，通过能量色散X射线光谱和纳米线的晶体结构，通过透射电子显微镜。发现InAs段的标称组成为In $_{x}$ Ga $_{1-x}$ As，其中$x$ =0.85，并且对应于与GaAs的6%的晶格失配。应变映射进行的几何相位分析的高分辨率图像显示了位错的GaAs/InAs接口。总之，我们成功地制造了高度失配的异质结构，证实了预测，轴向GaAs/InAs界面是赝晶的纳米线直径低于40 nm。
2017-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Catalyst preparation for CMOS-compatible silicon nanowire synthesis
金属污染是发现半导体纳米线的关键，但今天它阻碍了半导体工业的采用。这是因为纳米线生长所需的许多金属催化剂与标准CMOS（互补金属氧化物半导体）制造工艺不兼容。用那些与CMOS兼容的金属（例如铝和铜）合成纳米线需要高于450 ℃的温度，这是CMOS处理中允许的最高温度。在这里，我们证明了使用铜基催化剂的硅纳米线的合成温度受到催化剂制备的限制。我们表明，适当的催化剂可以通过化学方法在低至400 ℃的温度下生产。这是通过氧化催化剂前体来实现的，这与公认的观点相矛盾，即氧气会阻止金属催化的纳米线生长。通过同时解决材料相容性和温度问题，这种催化剂合成可能代表半导体纳米线在现实世界中应用的重要一步。
2010-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Multiterminal Nanowire Junctions of Silicon: A Theoretical Prediction of Atomic Structure and Electronic Properties
采用经验方案，详细描述了一类新的奇异硅纳米团簇的原子结构，即中心二十面体核（Si-IC）和从Si-IC顶点生长的五角花瓣（Si-PP）.结果表明，Si-IC/Si-PP界面的形成是积极的优先。硅纳米结构的一些实验观察可以通过所提出的物体的存在来解释。扩展休克尔理论的电子结构计算表明，所提出的对象作为纳米隧道结的能力。
2007-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermal contraction in silicon nanowires at low temperatures
从理论上研究了不同尺寸的[100]、[110]和[111]方向硅纳米线（SiNW）的热膨胀效应。在低温下，所有研究的硅纳米线都表现出热收缩效应，这是由于弯曲振动模式的能量最低，这对热膨胀系数（CTE）有负面影响。由于硅纳米线弯曲模的各向异性，[110]方向的热膨胀系数明显大于其他两个生长方向。结果表明，随着结构比$γ=length/diameter$的增大，CTE减小，在整个温度范围内，随着结构比$γ=1.3$的增大，CTE均为负值。
2010-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Optical Absorption Characteristics of Silicon Nanowires for Photovoltaic Applications
太阳能电池作为未来清洁可再生能源的潜在来源引起了人们的极大兴趣。然而，这些能源的大规模部署中的一个大瓶颈仍然是这些转换装置的低效率。最近，纳米结构的使用和量子限制策略已经作为更好的载流子产生和捕获的一般方法。在这篇文章中，我们提出了计算的光学特性的纳米线制成的硅。我们的计算表明，这些纳米线形成优良的光电材料，并可能产生高效的光伏器件。
2010-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Size-Sensitive Young's modulus of Kinked Silicon Nanowires
我们采用经典的分子动力学模拟和梁模型计算来研究弯折硅纳米线的杨氏模量。杨氏模量被发现是高度敏感的扭结的臂长，基本上是成反比的臂长。潜在的大小依赖性的机制被发现是扭结角电位和臂长电位之间的相互作用，在那里我们得到的杨氏模量和臂长的KSiNW之间的解析关系。我们的研究结果提供了深入了解这种新的构建块在纳米机械设备中的应用。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Coaxial Nanowire Resonant Tunneling Diodes from non-polar AlN/GaN on Silicon
利用等离子体辅助分子束外延技术在n-Si（111）衬底上生长AlN/GAN核壳纳米线异质结，制备了共振隧穿二极管。通过使用同轴几何形状，这些装置利用非极性（m平面）纳米线侧壁。器件建模预测非极性取向应增强共振隧穿相比，极性结构和AlN双势垒将导致更高的峰谷电流比相比，AlGaN的障碍。电测量合奏的纳米线显示负微分电阻只出现在低温下。单个纳米线的测量结果显示，在室温下，峰值电流密度为5*10^5 A/cm^2时，纳米线的微分电阻为负。
2012-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Size dependent thermoelectric properties of silicon nanowires
利用第一性原理紧束缚电子结构计算和玻尔兹曼输运方程，研究了硅纳米线（SiNWs）热电性能的尺寸依赖性.随着截面面积的增大，电导率缓慢增大，而塞贝克系数显著减小。这导致冷却功率因数随直径的快速降低。此外，品质因数也随着横向尺寸而减小。我们的研究结果表明，在热电应用中，小直径的NW是优选的。我们还预测，同位素掺杂可以显着提高ZT值。当29Si掺杂量为50%（28Si0.529Si0.5 NW）时，ZT可提高31%。
2009-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Solar Thermal Energy Conversion with Silicon-cored Tungsten Nanowire Selective Metamaterial Absorbers
这项工作的实验研究硅芯钨纳米线选择性超材料吸收，以提高太阳能热能收集，简单地制造保形涂层薄钨层到商业硅纳米线邮票。扫描电子显微镜用于表征钨沉积前后的形貌变化，而光学光谱学用于测量从太阳光谱到红外的宽波长范围内的光谱吸收率（或发射率）。结果表明，钨纳米线吸收器表现出几乎相同的总太阳吸收率约为0.85的硅纳米线，但大大降低了总发射率下降到0.18，这可以显着抑制红外发射热损失。实验室规模的太阳热测试装置用于测量钨纳米线吸收剂从1到20个太阳的太阳热效率，实验证明了由于硅纳米线和黑色吸收剂的优异光谱选择性而提高的性能。通过详细的传热分析，发现钨纳米线吸收体在6.3个太阳下的停滞温度为273 ℃的太阳热测试中，在203 ℃的温度下达到41%的实验效率。预计在相同温度203摄氏度下达到74%的效率，实际应用的停滞温度为430摄氏度，而没有来自侧表面和底表面的寄生辐射损耗，大大优于硅纳米线和黑色吸收剂。研究结果将有助于以低成本开发新型超材料选择性吸收器，用于高效太阳能热能系统。
2020-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultralow thermal conductivity of single crystalline porous silicon nanowires
多孔材料提供了大的表面体积比，从而提供了一个旋钮，以前所未有的方式改变基本属性。在热输运中，多孔纳米材料不仅可以通过增强声子从孔的边界散射从而减小声子平均自由程，而且可以通过降低声子群速度来降低热导率。在这里，我们建立了一个结构-性能的关系，通过测量的孔隙率和热导率的个别化学蚀刻单晶硅纳米线，使用一种新的电子束加热技术。这种多孔硅纳米线表现出极低的扩散热导率（对于43%的孔隙率，在300 K下低至0.33Wm-1 K-1），甚至低于非晶硅的扩散热导率。这种超低热导率的起源被理解为声子群速度的降低，通过测量杨氏模量以及晶体硅中有史以来报道的最小结构尺寸（小于5 nm）进行了实验验证。分子动力学模拟支持硅纳米线的热导率作为孔隙率的函数的急剧降低的观察。这种多孔材料提供了一个有趣的平台来调整声子输运，这可以在电子和纳米机电系统的功能材料的设计中是有用的。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Heat conductance is strongly anisotropic for pristine silicon nanowires
我们原子计算的导热超薄原始硅纳米线（SiNWs）的直径范围从1到5 nm。发现室温热导率是高度各向异性的：沿着方向取向的导线<110>具有比沿着和方向取向的导线大50-75%的电导<100><111>。我们表明，各向异性可以定性地理解和再现体声子能带结构。从头计算密度泛函理论（DFT）用于研究最细的导线，但对于较大的直径，计算变得困难，我们改用Tersoff经验势模型（TEP）。对于最小的导线，从DFT和TEP计算得到的热导率在10%以内。所提出的结果可能是相关的未来纳米线器件的声子工程。
2009-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Density Functional Theory Analysis that Explains the Volume Expansion in Prelithiated Silicon Nanowires
本研究利用密度泛函理论分析预锂化硅纳米线在锂离子嵌入和电流作用下的体积膨胀，发现膨胀在x=3.25开始，至完全锂化时超过原始体积300%，与未考虑基态能量的先前研究结果显著不同。
2024-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of high zT in thermoelectric silicon nanowires with axial germanium heterostructures
利用第一性原理密度泛函理论、原子间相互作用势和Landauer-Buttiker输运理论计算了Ge异质结构p型Si纳米线的热电优值zT=S^2GT/（κ_l+κ_e）。我们认为纳米线与多达8400个原子和12个Ge轴向异质结构沿其长度。我们发现，引入异质结构总是降低S^2G，并且我们计算的zT的增加主要是由相关的κ_l的降低驱动的。在所考虑的系统中，<111>具有规则分布的Ge异质结构的纳米线具有最高的品质因数：zT=3，比等效的原始纳米线大一个数量级。即使在现实的结构紊乱的存在下，在异质结构的长度的小的变化的形式，zT仍然比原始的情况下的几倍大，这表明轴向异质结构是一个有前途的路线高zT热电纳米线。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
