硅纳米线电学性质的表面依赖性及相关应用研究

由于硅纳米结构较大的比表面积，其电学性质受到表面结构的影响而无法准确控制，这成为硅纳米结构大规模应用的瓶颈之一。本项目以研究硅纳米结构中最具有代表性的硅纳米线的电学性质的表面依赖性为主要目标，以多种方法制备的硅纳米线为研究对象，运用各种结构分析及表面分析手段研究它们的内部结构和表面结构（如氧化层、悬挂键、饱和状态及吸附分子）；通过构筑单根硅纳米线的场效应管研究它们的电学性质，并采用扣除内部结构贡献的方法，阐明表面结构对纳米线电学性质的影响；结合基于第一性原理的理论计算，深刻揭示硅纳米线的电学性质与表面结构二者之间的内在联系，并以此为基础，设计新型的硅纳米线气体传感器。此研究项目的预期成果将为提高以硅纳米线为基础的器件的稳定性及重复性奠定基础，并促进半导体纳米材料电学性质相关理论的发展。

在纳米尺度下，一维硅纳米结构由于较大的比表面积，它们的电学性质受到表面结构的影响而无法准确控制，这成为硅纳米结构大规模应用的瓶颈之一。本项目以硅纳米线的电输运特性为主要目标，以化学刻蚀或者化学气相沉积方法制备的硅纳米线为研究对象，运用各种结构分析及表面分析手段研究了硅纳米线的表面态（如悬挂键、饱和状态及吸附分子）；通过构筑单根基于硅纳米线的场效应管研究它们的电学性质，并结合第一性原理计算的方法，我们发现硅纳米线的电输运特性主要取决于表面的悬挂键以及表面吸附的气体分子，当Pb中心吸附水分子时，它会体现出来明显的p-型导电特性，而当吸附氨气分子时，它体现出明显的n-型特点。基于这一特点，我们成功的制备出了对氨气十分敏感的纳米气体传感器。相关结果将为半导体纳米器件的应用提供重要的指导意义。另外，在此项目的支持下，我们还开展了基于II-VI族半导体纳米结构的可控合成和结构表征，以及它们在高性能场效应晶体管、非挥发性存储器件、及光探测器方面等光电子器件的研究。