硅纳米线

硅纳米线，也称为SiNW，是最常由硅前体通过蚀刻固体或通过从气相或液相催化生长而形成的半导体纳米线。这样的纳米线在锂离子电池、热电和传感器中具有有希望的应用。硅纳米线的初始合成通常伴随着热氧化步骤，以产生具有精确定制的尺寸和形态的结构。

硅纳米线具有独特的特性，这在块状（三维）硅材料中是看不到的。这些特性来自不寻常的准一维电子结构，是众多学科和应用研究的主题。硅纳米线被认为是最重要的一维材料之一，是因为它们可以充当组装纳米级电子产品的基础，而无需复杂而昂贵的制造设施。硅纳米线被广泛研究用于光伏、纳米线电池、热电和非易失性存储器等应用。

凭借其独特的物理和化学特性，硅纳米线凭借其独特的理化特性（不同于块状硅材料的特性），成为了广泛应用中的有前途的候选者。

硅纳米线表现出电荷俘获行为，这使此类系统在需要电子空穴分离的应用（例如光伏电池和光催化剂）中成为有价值的系统。最近对纳米线太阳能电池进行的实验已使硅纳米线太阳能电池的功率转换效率在最近几年中从<1％显着提高到> 17％。

电荷捕捉行为和硅纳米线的可调谐表面管辖输送性质使得朝向用作金属绝缘体半导体和兴趣的纳米结构的这一类的场效应晶体管，用另外的应用程序作为纳米电子存储设备，在快闪存储器，逻辑器件如以及化学和生物传感器。

的能力为锂离子地嵌入到硅结构呈现各种硅纳米结构的应用程序向作为兴趣阳极中的锂离子电池（LIBS） 。硅纳米线具有特别的优势，因为它们具有在保持结构完整性和电连接性的同时经受显着锂化的能力。

硅纳米线是有效的热电发生器，因为它们由于掺杂的硅的整体性质而具有高电导率，并且由于横截面小而具有低热导率。

硅纳米线的几种合成方法是已知的，这些方法可大致分为以块状硅开始并去除材料以产生纳米线的方法（也称为自顶向下合成）以及在过程中使用化学或气相前驱物构建纳米线的方法。通常被认为是自下而上的综合。

这些方法使用材料去除技术从大量前体中产生纳米结构

• 激光烧蚀
• 离子束蚀刻
• 热蒸发氧化物辅助生长（OAG）
• 金属辅助化学蚀刻（MaCE）

• 气液固相（VLS）生长–一种催化CVD，通常使用硅烷作为Si前驱体，而金纳米颗粒作为催化剂（或“种子”）。
• 分子束外延–在等离子体环境中应用的一种PVD
• 溶液中的沉淀物– VLS方法的一种变体，恰当地称为超临界流体液态固体（SFLS），它使用超临界流体（例如，高温和高压下的有机硅烷）作为Si前驱体而不是蒸气。催化剂将是溶液中的胶体，例如胶体金纳米颗粒，并且硅纳米线在该溶液中生长。

在自顶向下或自底向上的物理或化学处理之后，为了获得初始的硅纳米结构，通常采用热氧化步骤，以获得具有期望的尺寸和纵横比的材料。硅纳米线表现出独特且有用的自限制氧化行为，由此由于扩散限制而可以有效地停止氧化，可以对此进行建模。这种现象可以精确控制SiNW中的尺寸和长宽比，并已用于获得直径小于5 nm的高长宽比的SiNW。硅纳米线的自限氧化对于锂离子电池材料具有重要价值。

硅纳米线的方向对系统的结构和电子性能有深远的影响。由于这个原因，已经提出了几种用于在选定的方向上对准纳米线的方法。这包括在极性对准、电泳、微流体方法和接触印刷中使用电场。