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
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
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
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
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
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
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
Optical absorption of silicon nanowires
我们报告的模拟和测量的光吸收的硅纳米线（NW）与其直径。我们首先解决基于两种不同的理论方法的光吸收的模拟：第一个，基于格林函数形式主义，是有用的计算一个单一的或有限的一组纳米线的散射和吸收特性。第二种方法是基于时域有限差分（FDTD）方法，适用于处理周期性的纳米线。在这两种情况下，发现随着直径的增加，吸收的起始能量增加。这种效果的实验说明，当光电导测量上进行连接在一组几个电极之间的单个锥形Si纳米线。纳米线直径的增加揭示了光电流强度峰朝向较低光子能量的光谱偏移，这允许将吸收起始从紫外辐射调谐到可见光光谱。
2012-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic study of the oxide-assisted catalyst-free synthesis of silicon nitride nanowires
报道了在1200-1440 ℃温度范围内，由硅纳米颗粒与N2反应合成Si_3N_4纳米线。氮化条件使得通过颗粒中氧化硅的存在和通过硅在没有催化剂的情况下的活性氧化来促进与氮的反应。结果表明，Si到Si 3 N4的转化率取决于实验中使用的硅颗粒的量，并且通常，对于更大的量，反应减慢。这种趋势是由颗粒堆积造成的，颗粒堆积限制了炉内气氛和内部颗粒周围气氛之间的气体交换。在第一阶段中，局部氧分压在内部颗粒周围增加并局部抑制氮化。如果反应物Si纳米颗粒的量足够小，则避免了这种外在效应，并且可以测量本征氮化动力学。实验表明，本征动力学不依赖于温度。
2008-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Efficient photogeneration of charge carriers in silicon nanowires with a radial doping gradient
通过无电极时间分辨微波电导率测量，研究了气-液-固机制生长的硅纳米线阵列中载流子的产生效率、迁移率以及光激发下的衰减动力学。在光电导和载流子寿命的幅度的大的增强被发现取决于在生长过程中的杂质的掺入。它们被解释的内部电场，建立了，由于较高的掺杂侧壁，揭示了通过详细分析的纳米线的形态和化学成分。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic heat conduction in silicon nanowire network revealed by Raman scattering
各向异性纳米材料具有有趣的热传输特性，因为它们允许热通量沿优先方向取向，这是由于它们的面内和跨面热导率之间的高比率（高达三个数量级）。在允许热导率评估的不同技术中，微拉曼散射被认为是最有效的非接触式测量方法之一。在这封信中，一个新的实验方法的基础上拉曼散射测量可变激光光斑尺寸的报告。实验和计算的一维纳米晶体固体的热阻之间的相关性允许同时估计其在平面和跨平面的热导率。特别是，我们的测量方法被成功地应用于硅纳米线阵列的各向异性热导率评估。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Structural and optical properties of self-catalytic GaAs:Mn nanowires grown by molecular beam epitaxy on silicon substrates
利用分子束外延技术在氧化的Si（100）表面自催化生长了Mn掺杂的GaAs纳米线，并通过扫描和透射电子显微镜、拉曼散射、光致发光、阴极发光和电子输运测量等方法对纳米线进行了表征。透射电子显微镜的研究证明了大量的积累内的催化Ga液滴在纳米线的顶部的Mn。光学和输运测量揭示了GaAs纳米线自催化生长的Mn含量的极限对应于掺杂水平，即，比MBE生长过程中使用的Mn/Ga流量比（约3%）低得多。个别纳米线的电阻率测量证实，它们是导电的，根据光致发光测量，其显示存在的Mn 2+受体位于Ga网站的GaAs主晶格的纳米线。Mn掺杂GaAs纳米线的激子相关的光致发光的异常温度依赖性被证明。
2013-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Metallic beta-phase silicon nanowires: structure and electronic properties
采用密度泛函理论研究了表面封端氢原子的两种不同取向的β-Sn相硅纳米线的能带结构和能量稳定性.结果表明，β-Sn纳米线相对于α-金刚石纳米线具有零带隙的亚稳态。所研究的线的相对能量倾向于β-Sn相中的体硅晶体的能量。
2009-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The theoretical DFT study of electronic structure of thin Si/SiO2 quantum nanodots and nanowires
采用B3 LYP/6- 31 G * 和PW PP LDA近似，用团簇和PBC方法研究了一组具有窄界面的薄（直径为1.6 nm）硅/二氧化硅量子纳米点和纳米线以及母体亚稳硅结构（直径为1.2 nm）的原子和电子结构.最小的准球形硅量子点（Si 85）的总态密度（TDOS）与体硅的TDOS有很好的对应。拉长的硅纳米点和1D纳米线证明了电子结构的金属性质。表面氧化层打开了Si/SiO2物种的TDOS中的带隙。粒子的价带顶和导带底由硅芯导出态构成。带隙的能量宽度由Si/SiO2团簇的长度决定，并表现出对纳米结构尺寸的反向依赖性。理论数据准确地描述了二氧化硅镶嵌纳米晶硅光致发光谱中的尺寸限制效应。
2007-09-15 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
On the properties of surface reconstructed silicon nanowires
我们研究通过密度泛函计算的侧表面重建的作用，在确定硅纳米线的电性能<100>。不同的横向重建探索通过放松所有的纳米线与晶体体硅结构和所有可能的理想刻面，对应于1.5 nm的平均直径。我们表明，重建诱导形成无处不在的表面状态，变成半金属或金属线。
2004-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orientation-dependent stability and quantum-confinement effects of silicon carbide nanowires
采用密度泛函理论和广义梯度近似下的第一性原理计算，研究了具有锌尖晶石（3C）和纤锌矿（2 H）结构的氢化碳化硅纳米线（SiCNWs）的能量稳定性和电子性质. [111]取向的3C-SiCNW在能量上比其他尺寸相近的纳米线更稳定。除了3C-SiCNW沿[112]方向取向外，其余的纳米线都具有直接带隙。由于量子限制效应，这些纳米线的带隙随着线尺寸的增加而减小。3C-SiCNW沿[111]方向取向，直径可达2.8 nm，仍保持直接带隙特性。[111]取向的3C-SiCNW的优异稳定性和电子结构与实验结果一致。
2009-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Carrier dynamics in silicon nanowires studied via femtosecond transient optical spectroscopy from 1.1 to 3.5 eV
我们提出了飞秒瞬态传输（或吸收）测量硅纳米线的能量范围为1.1-3.5 eV，从低于间接带隙以上的直接带隙。我们的泵浦-探测测量使我们能够给出硅中载流子动力学的完整图像。通过这种方式，我们进行了实验研究，缺乏在整个文献中的硅载流子动力学的光谱完整性。一个特别强调的是在相对于直接带隙在3.3 eV的能量的瞬态吸收的动态。事实上，使用低于和高于3.3 eV的泵浦能量使我们能够解开电子和空穴在各自能带中的动力学。对不同泵浦能量下的直接带隙的带隙重整化也进行了研究。一个关键的讨论给出的结果低于3.3 eV的声子辅助过程中所需的光学跃迁。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of silica nanowires
采用广义梯度近似赝势密度泛函电子结构计算方法研究了氧化硅纳米线。研究了无限长的直线型和锯齿型Si-O链。还优化了由三维周期性重复的Si 4 O 8单元组成的线，但发现这种结构具有有限的稳定性。计算了这些氧化硅纳米线的几何形状、电子结构和赫希菲尔德电荷。结果表明，Si-O链是金属链，而锯齿链和Si_4O_8纳米线是绝缘体。
2006-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Controlled pore formation on mesoporous single crystalline silicon nanowires: threshold and mechanisms
采用两步金属辅助湿法化学腐蚀的方法制备了硅纳米线。利用扫描电子显微镜和氮气吸附法分析了电阻率ρ> 1000 Ωcm、ρ= 14-23 Ωcm、ρ< 0.01 Ωcm的掺硼硅基片的固体、粗糙和多孔纳米线表面的结构。由高掺杂硅制备的硅纳米线表面具有介孔结构。然而，我们发现了孔隙形成的限制。孔仅通过在低于临界HPDMATHABMM O $_2$浓度（c $_{\mbox{H}_2\mbox{O}_2}$ < 0.3 M）下蚀刻而形成。此外，我们还根据蚀刻参数确定了孔径分布，并表征了纳米线表面孔的形态。所述孔处于平均直径为9-13 nm的小中孔的状态。通过透射电子显微镜研究了单个介孔纳米线的晶体和表面结构。利用拉曼光谱研究了纳米线系综的振动特性。重硼掺杂的硅纳米线是高度多孔的，并且剩余的单晶硅纳米级网格导致红移和在520 cm $^{-1}$处的光学声子的拉曼散射的强不对称线加宽。这种红移，λ $_{\mbox{Si bulk}}$ = 520 cm $^{-1}$ $\rightarrow$ λ $_{\mbox{Si nanowire}}$ = 512 cm $^{-1}$，暗示了介孔单晶硅纳米线中的声子限制。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heterogeneous nucleation of catalyst-free InAs nanowires on silicon
本文报道了用化学束外延法在Si（111）衬底上非均匀成核生长无催化剂的InAs纳米线。我们表明，纳米线成核增强溅射的硅衬底与高能粒子。我们认为，粒子轰击引入的硅表面上的晶格缺陷，作为优先成核网站。这些成核位置的形成可以通过溅射参数来控制，从而允许在宽范围内控制纳米线密度。纳米线成核伴随着不需要的寄生岛，但通过仔细选择退火和生长温度，可以大大降低这些岛的相对密度，并实现具有高纳米线产率的样品。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interstitial Transition Metal Doping in Hydrogen Saturated Silicon Nanowires
我们报告了第一原理系统的研究氢饱和硅纳米线（H-SiNW）的原子，电子和磁性的过渡金属（TM）原子掺杂放置在不同的间隙网站。我们的结果在传统的GGA+U的方法得到了证实，使用混合功能。为了揭示表面效应，我们检查了沿[001]方向的直径约为2nm的H-SiNW的三种不同的可能的刻面。所有替代配置的掺杂和由此产生的电子和磁性的能量学检查。我们发现，除了Ti，所得到的系统具有不同的磁矩的磁基态。虽然H-SiNW最初是非磁性半导体，但它们通常在TM掺杂后变成铁磁金属。甚至在特定情况下，它们也会表现出半金属的行为。我们的研究结果表明，H-硅纳米线可以功能化的TM杂质，这将导致新的电子和自旋电子器件在纳米尺度上。
2012-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Metallic and semi-metallic <100> silicon nanowires
用<100>密度泛函方法研究了以体硅为芯沿-方向生长的硅纳米线.两个表面重建占主导地位的探索后的一大部分纳米线重建的相空间。尽管他们的能量等价，重建之一被发现是强金属，而另一个是半金属。这种电子结构行为由每个重构的特定表面状态决定。这些结果意味着为了获得良好的导电Si纳米线，不需要掺杂。
2004-12-09 cond-mat.mes-hall 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
Coherent Single Charge Transport in Molecular-Scale Silicon Nanowire Transistors
我们报道了分子尺度硅纳米线的低温电输运研究。单个纳米线表现出良好定义的库仑阻塞振荡特性的电荷添加到一个单一的纳米结构的长度尺度高达至少400 nm。进一步的研究表明，通过离散的单粒子量子级扩展整个设备的相干电荷输运，并表明基态自旋配置遵循Lieb-Mattis定理。此外，耗尽的纳米线表明，相位相干的单点特性是可访问的制度，其中相关性很强。
2004-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Recovery of Si-IV nanowires from extreme GPa pressure
我们使用拉曼光谱与透射电子显微镜和DFT模拟串联显示，极端（GPa）的压力将硅纳米线的相从立方（Si-I）转换为六方（Si-IV），同时保持纳米线的圆柱形形态。TO模的原位拉曼散射证实了在9 GPa附近的高压Si-I到Si-II相变。TO声子的拉曼信号显示在9至14 GPa的范围内强度降低。然后，在17 GPa下，它不再是可检测的，表明在14至17 GPa范围内的第二相变（Si-II到Si-V）。还示出了从金刚石压砧室实验中恢复单个硅纳米线中的外来相达到17 GPa。拉曼测量表明Si-IV作为加压纳米线减压后的主导相。透射电子显微镜和电子衍射确认在个别纳米线的结晶Si-IV域。计算电磁模拟表明，拉曼激光探针的加热可以忽略不计，并且近流体静压力是形成六边形硅纳米线的主要驱动力。
2016-02-07 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
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
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
Silicon Nanowires, Catalytic Growth and Electrical Characterization
名义上未掺杂的硅纳米线（NW）生长的催化化学气相沉积。通过在非晶SiO2、Si 3 N4或结晶Si衬底上使用不同的Au催化剂厚度来优化生长过程以控制纳米线直径。对于SiO2衬底，使用Ar等离子体处理来均匀化催化剂聚结，从而均匀化NW直径。此外，平面场效应晶体管（FET）通过实施10至30 nm薄的名义上未掺杂的Si-NW作为有源区来制造。研究了各种硅化物作为有源区的肖特基势垒源极和漏极接触。对于CoSi、NiSi和PdSi接触，FET的传输特性表现为p型行为。由直径为20纳米、栅长为2.5微米的单个Si-NW组成的FET在1伏偏置电压下提供高达0.15微安的导通电流，并且具有10^7的开/关电流比。这与最近报道的未掺杂Si中的低电导率形成对比。
2006-09-13 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
Graded index and randomly oriented core-shell silicon nanowires with broadband and wide angle antireflection for photovoltaic cell applications
具有宽频带和宽角度特性的减反射膜对于光伏电池和显示器的广泛应用是重要的。SiOx壳层提供从空气到Si芯吸收层的天然热交换。在这项工作中，我们已经证明了随机核-壳硅纳米线具有宽带（从400 nm到900 nm）和宽角（从垂直入射到60 \degree）在AM 1.5太阳光谱范围内的双折射特性。来自随机取向的核-壳（Air/SiOx/Si）纳米线的渐变折射率结构可以提供实现宽带和宽角度折射率层的潜在途径。
2011-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Structure and electrical behavior of silicon nanowires prepared by MACE process
采用金属辅助化学腐蚀（MACE）法制备了硅纳米线阵列，并利用截面扫描电子显微镜（SEM）和高分辨X射线衍射（HR-XRD）方法对其结构和电学特性进行了研究。SEM显微照片显示分别在1.5分钟和5分钟蚀刻时间后产生的长度为700 nm和1000 nm的合并的平行纳米线阵列。Si（004）倒易晶格点附近的X射线倒易空间图（RSM）表明，Si（004）倒易晶格点附近存在0 D结构缺陷，而不是扩展缺陷。光致发光光谱在1.70 eV和1.61 eV处显示出发射带，在较长的导线的情况下强度显著更高，并且与更多的缺陷表面相关。瞬态光致发光光谱揭示了60 $μ$ s和111 $μ$ s的平均寿命的两个硅纳米线阵列，这与一个更大的密度的缺陷状态在最新的情况下。在5V/s - 0.32V/s范围内，纳米线的I-V特性表现出忆阻特性。我们将这种行为归因于控制载流子浓度的陷阱态，并使用等效电路对这种效应进行建模。在可见光区405 nm - 650 nm的激发波长下和在20 - 100 mW/cm $^2$范围内的光强度下的光生过程提供了对陷阱态的进一步了解。
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Highly sensitive silver decorated-graphene oxide-silicon nanowires hybrid SERS sensors for trace level detection of environmental pollutants
在这项研究中，我们评估了银纳米棱镜/氧化石墨烯/硅纳米线（AgNPr/GO/SiNWs）纳米杂化系统的传感性能，有效地检测有机染料和除草剂残留在淡水通过表面增强拉曼散射（SERS）。均匀和垂直排列的硅纳米线已成功地合成使用金属辅助化学蚀刻技术，通过改变蚀刻时间从10到30分钟。AgNPr/GO/SiNW杂化组装通过旋转涂布的GO，然后滴铸沉积的AgNPr。AgNPr/GO/SiNWs的微结构受到SiNWs刻蚀时间的强烈影响，这反过来又影响了其SERS性能时，罗丹明6 G用作分析物分子。由于GO和AgNPr的协同作用，AgNPr/GO/SiNWs复合材料的SERS响应优于AgNPr/SiNWs。高效率的6.1 × 1010已实现与AgNPr/GO/硅纳米线为基础的传感器与30分钟的蚀刻硅纳米线的罗丹明6 G。使用这些低成本的AgNPr/GO/SiNWs纳米杂化SERS传感器，证明了快速检测饮用水污染物，如亚甲蓝和阿特拉津高达皮摩尔（10-12 M）浓度的有效方法。
2021-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Silicon nanowire band gap modification
采用密度泛函理论研究了不同种类的表面终止剂对小直径（1 nm）硅纳米线带隙的影响.由于量子限制，小直径的导线表现出直接带隙，随着导线直径变窄而增加，而与表面终止无关。这种效应已经在以前的实验和理论研究中观察到的氢化线。对于固定的横截面，用于饱和硅表面的官能团显著地改变了带隙，导致高达电子伏特的相对能量偏移。带隙位移的细节追踪到硅价带和前线轨道的终止基团，这是在竞争与量子限制之间的杂交。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
CMOS-compatible controlled hyperdoping of silicon nanowires
超掺杂是指在半导体中故意引入超过平衡浓度的深能级掺杂剂。这导致掺杂剂能级加宽到价带和导带之间的中间带。[1，2]最近，已经证明用硫属元素或过渡金属超掺杂的体硅是用于硅基短波长红外光电探测器的合适的中间带材料。[3-5]中间带纳米线可能被用来代替大块材料，以克服Shockley-Queisser极限并提高太阳能电池的效率，[6-9]但超掺杂Si纳米线的基本科学问题需要实验验证。因此，开发一种在纳米尺度上获得受控超掺杂水平并伴随掺杂剂的电激活的方法对于理解这些问题至关重要。在这里，我们展示了一种CMOS兼容技术的基础上的非平衡处理的控制掺杂的Si在纳米级的掺杂剂浓度大于几个数量级的平衡固溶度。通过纳米级空间控制注入的掺杂剂，和自下而上的模板辅助固相再结晶的纳米线与使用毫秒闪光灯退火，我们形成Se-超掺杂的Si/SiO2芯/壳纳米线，具有室温下的子带隙光电光电响应时，配置为光电导体器件。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the GaAsP shell on optical properties of self-catalyzed GaAs nanowires grown on silicon
利用分子束外延技术在Si衬底上实现了GaAs/GaAsP核壳结构纳米线的自催化生长。单个GaAs/GaAsP纳米线的透射电子显微镜（TEM）证实了它们的高晶体质量，并显示出锌-β相的主导地位。这在使用连续波和时间分辨光致发光（PL）研究的单个纳米线的光学中得到进一步证实。与未覆盖的GaAs纳米线的详细比较强调了GaAsP覆盖在抑制非辐射表面态方面的作用：在10 K下观察到核壳结构中显着的PL增强超过2000倍;在未覆盖的纳米线中，PL在60 K下被猝灭，而单核壳GaAs/GaAsP纳米线即使在室温下也表现出明亮的发射。从PL的温度依赖性在这两种类型的NW的分析，我们能够确定的主要载流子逃逸机制导致PL淬火。
2012-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Device model of silicon nanowire bioFETs
提出了一种基于半导体纳米线的生物分子传感器的器件模型。该bioFET模型基于电解质绝对电极电势的概念。从该出发点，推导出纳米线溶液生物分子系统的半导体器件模型。该模型包括盐溶液双层的Gouy-Chapman-Stern模型，电极表面上的位点结合电荷，以及膜层形式的生物分子。提出了一种用有限元法求解该模型的简单方法。给出了一些例子来说明模型的一般性质。
2012-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
