硅、银纳米线的制备及硅纳米线热电性能分析

摘要

近年来，硅纳米线由于其特殊的物理性质和潜在的应用前景，越来越受到人们的重视。硅纳米线由于自身所特有的荧光、紫外等光学性质，场发射、电子输运等电学性质，高表面活性、热传导、量子限制效应和库伦阻塞效应等性质，极有可能成为纳米电子学领域的一种极有应用潜力的新材料。
　　 在比较了目前国内外硅纳米线制备工艺的基础上，本课题采用一种新的无电镀金属沉积(EMD)法快速制备硅纳米线。它是一种通过有选择的刻蚀在硅片上无电镀金属沉积来生长硅纳米线的方法。笔者对此种方法进行了大量的研究与分析。
　　 银纳米线的制备是基于EMD的一种方法。笔者在制备纳米线硅的基础上成功地制备出超长银纳米线。超长银纳米线的成因目前是一个未知的方面。经过多次实验，观察到反应物浓度、环境温度和压力对于银纳米线的生长具有重要影响；此外，反应物硅片作为反应主体成为纳米线银形成的重要因素。
　　 接着，本文对硅纳米线的热电性能进行了较为系统的分析。评价某种材料热电性能的综合参数为无量纲优值ZT，影响ZT的大小的因素又分别为Seebeck系数、热导率和电导率。要可靠的估算出ZT值，就需要充分准确的解释Seebeck系数、热导率和电导率对其的影响。本文通过解答电子波尔兹曼输运方程来对这些参数进行了估算，并进而估算出硅纳米线的ZT值。
　　 最后，本文介绍了目前国内外对硅纳米线的一些成功应用。这些应用都还只是停留在实验室阶段，还不能运用到实际中去。目前在实验室里已经制备出来了多种硅纳米线纳米电子器件，如场效应晶体管(FET)、单电子探测器、单电子存储元件、双方向电子泵等。此外还有用于医学、化学检测的纳米传感器，以及具有优良的光吸收特性和独特的电子传输特性的硅纳米线太阳能电池。