Инженерные Semiconductor Нанопровода к коммерциализации

Айше ЖУРНАЛ Выделите

Один грамм 10-нм диаметром. кремниевых нанопроводов, натянутая начала до конца будет обернуть вокруг Земли один раз 36. Из-за их наноразмерных размеры, эти нитевидные кристаллы имеют чрезвычайно высокой поверхностной области к объему соотношениях, уникальный sizedependent оптические и электронные свойства и характеристики не характерны для кристаллических полупроводниках, например, гибкость и способность к рассеянию в растворителях. Semiconductor провода изучаются в качестве платформы для новых приложений медицины, информационных технологий, энергетики, очистки воды, оздоровлению окружающей среды, безопасности, охраны и архитектуры.

Semiconductor нанопроводов не встречаются в природе - они творения химии. Последние достижения в области химии и нанопроволоки обзор множество способов для применения этих уникальных материалов, описаны в апреле Айше Журнал Перспектива статье "Semiconductor Нанопровода: Химические Технологии Перспектива". Эта статья утверждает, что инженеры-химики необходимы для перехода полупроводниковых нанопроводов из лаборатории любопытство в коммерческие общества мат выгоду нововведения.

Semiconductor нанопроводов химии быстро продвигались в течение последних десяти лет, и в настоящее время существуют методы для производства грамм масштабе количество многих видов нанопроволоки, в том числе кремния и германия, группа?? - V полупроводников, таких как GaAs и InAs, а также группа?-VI полупроводников таких, как CdSe и CdTe. Semiconductor нанопроводов были использованы в научных и промышленных лабораториях в различных новых технологических условиях, в том числе высокопроизводительных транзисторов, печатных и гибкие транзисторы, сверхчувствительные датчики, высокопроизводительных термоэлектричество, недорогих солнечных батарей, самостоятельного питания nanogenerators и передовые мембраны материалов. Существует явная огромные перспективы для этих материалов, но до сих пор ни одного успешного коммерческого полупроводниковых нанопроводов, существуют, в частности из-за их сложных синтеза и манипулирования.

Наиболее общий и широко применяемый метод синтеза пар-жидкость-твердое тело (VLS) роста. В процессе VLS, реагент разлагается в присутствии металла, который формирует эвтектика с полупроводником по реакции. При синтезе температура превышает температуру, полупроводниковых растворяется в металле и recrystallizes в виде усов.

VLS процесс был открыт в 1964, но только в последние десять лет или около того он применяется для роста полупроводниковых нанопроводов, значительно меньше, чем -100 перспективе обеспечивается использованием металла семян частиц с наноструктурами диаметров. Диаметр нанопроводов, полученных от металла семян этого размер точно соответствует диаметру семени частицы. VLS роста, первоначально на основе реакций в газовой фазе, например, путем химического осаждения паров (ХОП)) была также распространена на основе растворителя процессов с использованием коллоидных нанокристаллов металлов в качестве начальных частиц. На основе растворителей процесс представляет собой перспективный подход для крупномасштабного производства нанопроводов.

Для большинства приложений, нанопроволок требует последующей синтеза химической обработки для изменения их поверхности для улучшения совместимости материалов, химическая устойчивость, и / или основных физических свойств. Nanowire примесей также должны быть рассмотрены. Хотя нежелательных примесей должны быть исключены из некоторых реакций, многие приложения, такие, как транзистор, требуют нано тщательно контролировать концентрацию примесей добавил, или примесей. Хотя легирования полупроводниковых нанопроводов, было продемонстрировано, эффективного химического допинга схем находятся в стадии разработки Нанопровода затем требуют обработки и манипуляции - например, приложения требуют нанесения на поддержку, включение в принимающей материалов, интеграцию с существующими платформами устройства или преобразования в волокно или структуры мембраны.

Nanowire роста химия, во многом аналогично катализатором реакции полимеризации. Качество нанопроводов, полученных из синтеза весьма чувствителен к концентрации реагентов и семян частиц, реакция температуры, давления, связанного реагента кинетики разложения, и нанопроволок номера кристаллизации. К настоящему времени было мало усилий по разработке химических реакторов для полупроводниковых нанопроводов роста с использованием стандартных знаний химической кинетики и конструкции реактора принципы, которые компетенции инженеров-химиков. Инженеры-химики понимают крупномасштабных химических очистки и обработки. Поскольку многие потенциальные коммерческие приложения для полупроводниковых нанопроводов, например, волокон, композиционных материалов, мембраны и бумаги) потребует килограммов и даже тонн нанопроводов для производства и обработки в сутки, коммерциализации полупроводниковых нанопроводов, несомненно, потребует инженеры-химики.

Брайан А. Korgel

Университет штата Техас в Остине