Кремниевые наносети: перспективные электрически активные материалы

Сочетание кремниевых нанопроводов (SiNWs) со свойствами сети протекания означает, что кремниевая наносеть может иметь применение в новых устройствах. Тем не менее, по мнению некоторых, будет трудно, или даже невозможно, строить устройства с длинными каналами на основе наносетей из Si. Теперь исследователи из Université Grenoble Alpes во Франции показали, что это может быть необоснованным предубеждением. Они продемонстрировали, что кремниевые наносети выявляют протекание, высокую воспроизводимость и управляемые электрические свойства для точно контролируемых концентраций SiNW. 

Интеграция кремниевой наносети с электрической тестовой структурой

С одной стороны, по сравнению со стандартными полупроводниковыми тонкими пленками, полупроводниковые наносети имеют много преимуществ: большую площадь поверхности, электрическую проводимость, оптическую прозрачность, механическую прочность и гибкость. С другой стороны, одиночные полупроводниковые нанопровода характеризуются лучшей воспроизводимостью, отказоустойчивостью, низкой стоимостью изготовления и простой интеграцией.

Кремниевые наносети обладают интересными электронными, оптическими, химическими и механическими свойствами. Это дает им потенциал для применения в самых разнообразных системах, включая электронику, датчики, солнечные элементы, батареи и суперконденсаторы. Но самое главное, эта система дает возможность исследовать теорию переноса, включая теорию протекания.

Кремниевые наносети собираются методом вакуумной фильтрации: заданный объем суспензии SiNW фильтруют через мембрану. Затем высоко гомогенная сеть, сформированная накопленными на поверхности мембраны нанопроводами, переносится на Si3N4 (~ 200 нм) путем растворения мембраны. Таким образом, плотность нанопроводов в кремниевой наносети точно контролируется на больших площадях просто путем регулирования фильтрованного объема.

Изучая сотни устройств, исследователи показали, что, несмотря на дисперсии в длине нанопроводов, диаметра и легирования, электрические свойства таких случайных архитектур являются высоко воспроизводимыми и контролируемыми. Это подтверждает, что геометрия наносети является эффективным способом для усреднения расхождения между отдельными нанопроводами.

Более того, N-вырожденные кремниевые наносети ведут себя как стандартная среда протекания. Это происходит несмотря на наличие многочисленных соединений между нанопроводами в наносетях и нативной оболочке оксида вокруг SiNWs. Наконец, при хранении в азоте, электрические свойства кремниевых наносетей являются стабильными в течение многих месяцев. Как следствие, переходы нанопровод—нанопровод не нарушают электрических свойств наносетей. 

Типичные I (V) характеристики устройств на кремниевых наносетях для межэлектродного расстояния 50 мкм и плотности 27 × 106 NWs.cm-2

В дальнейшем, исследовательская группа планирует сосредоточить внимание на стабилизации электрических свойств в условиях окислителя. Далее, они хотят заменить вырожденные нанопроволоки другими – низкопримесными нанопроволоками для получения полупроводниковых наносетей. Последние должны вести себя подобно тонкопленочным транзисторам. Это позволит в дальнейшем интегрировать их в функциональные устройства, такие как солнечные батареи или датчики.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365