Buy a new FL3-22 spectrofluorometer and get a DeltaTime TCSPC upgrade for half price

There are 2 related live offers.

DeltaTime TCSPC Half Price | Horiba - DeltaTime - 20% Off | See All
Related Offers

Iii-nitride Halfgeleider Nanowires - Nieuwe Materialen voor Optoelectronic en Toepassingen van de Energie

door Dr. George Wang

Dr. George T. Wang, Belangrijkste Lid van Technisch Personeel, het Onderzoekscentrum van de Grens van de Energie Wetenschap van de In vaste toestand van de Verlichting, Nationale Laboratoria Sandia
Overeenkomstige auteur: gtwang@sandia.gov

Het Onderzoek naar halfgeleider heeft nanowires exponentieel tijdens het laatste decennium gekweekt, met veel aandacht die zich bij de hun synthese concentreren, fundamentele eigenschappen, en potentiële toepassingen. Nanowires is hoge aspectverhouding, draad-als structuren met diameters die zich typisch van een paar nanometers aan een paar honderd nanometers uitstrekken. Nanowires van vrijwel elk halfgeleidersysteem wordt samengesteld, met inbegrip van Si/Ge, ii-VIs, en iii-versus, is samengesteld tot op heden en tentoongesteld een verscheidenheid van interessante morfologie die met inbegrip van hexagonaal, rechthoekig, driehoekig, cilindrisch, en zelfs vertakt.

De Rente in halfgeleider nanowires is gepast in groot deel aan hun unieke thermisch, mechanisch, optisch, chemisch, en de elektrische eigenschappen, een resultaat van hun hoge oppervlakte-aan-volume verhouding en hun grootte, die een aantal fysieke kenmerkende lengteschalen, zoals de exciton verspreidingslengte snijdt en Bohr straal, uv-Zichtbare golflengten, fonon betekenen vrije weg, en kritieke grootte van magnetische domeinen. Deze nieuwe eigenschappen hebben geleid tot een aantal intrigerende demonstraties van halfgeleider nanowires als individuele of geïntegreerde nanoscale elementen in een verscheidenheid van toepassingen die zich van thermoelectrics, nanophotonics, het ontdekken, piezoelectrics, energie het oogsten en opslag, en nanoelectronics uitstrekken.1

De iii-Nitriden (AlGaInN) zijn technologisch belangrijke directe halfgeleiders band-Gap die absorberen en over een zeer brede en aantrekkelijke energiewaaier van de UV aan zichtbare aan infrarode golflengten uitzenden, en zijn de basis voor commerciële producten zoals zichtbare lichtgevende dioden (LEDs) en blauwe laserdioden (b.v. BluRay). Als dusdanig, nanowires gebaseerd op iii-Nitride halfgeleiders worden onderzocht voor potentieel gebruik in LEDs, lasers, photovoltaics, water het verdelen, hoge snelheid/machtselektronika, en andere toepassingen.

Nochtans, alvorens dergelijke nanowire-gebaseerde toepassingen praktisch kunnen worden gerealiseerd, bestaan verscheidene uitdagingen op het gebied van gecontroleerde en bevolen nanowire synthese, vervaardiging van geavanceerde nanowire heterostructuren, en het begrip van en het controleren van de nanowire thermische, elektrische, mechanische, en optische eigenschappen. Bij Nationale Laboratoria Sandia, in het kader van het Onderzoekscentrum van de Grens van de Energie Wetenschap van de In vaste toestand van de Verlichting En andere programma's dat, onderzoekt Dr. George T. Wang en collega's de synthese en eigenschappen van iii-Nitride nanowires met het doel om deze vele uitdagingen wordt de gebaseerd te richten.

De Halfgeleider nanowires kan door een verscheidenheid van technieken, met inbegrip van bottom-up benaderingen die vaak worden vervaardigd een de katalysatordeeltje impliceren van het nanoscalemetaal aan de directe 1D groei via het damp-vloeibaar-stevige (VLS) mechanisme, aan top-down lithografische benaderingen. Terwijl beide synthetische benaderingen in Sandia worden onderzocht, is de belangrijkste aandacht op de op VLS-Gebaseerde groei van GaN en iii-Nitride kern-SHELL nanowires gebruikend metal-organic chemische dampdeposito geweest (MOCVD). Figuur 1 toont de malplaatje-vrije, gerichte groei van GaN nanowires op een saffiersubstraat via deze methode.

De hoge nanowiredichtheid en de graad van verticale groepering, die voor verticale apparatenintegratie wenselijk is, worden bereikt door de juiste selectie van de richtlijn van het substraatkristal en de zorgvuldige controle van de metaalkatalysator evenals de de groeivoorwaarden.2-4 Nanowires zijn enige kristallen, met driehoekige dwarsdoorsneden (Figuur 1B), en zijn vrij van de apparaat-schadelijke die tekorten als dislocaties worden bekend die in iii-Nitride films gemeenschappelijk zijn. Deze hoge kristallijne kwaliteit van nanowires, samen met de capaciteit om gesmeerde en legeringsheterostructuren over een brede, melodieuze bandgapwaaier te maken, maakt tot hen aantrekkelijke kandidaten voor energie efficiënte apparaten.

Figuur 1. (a) de elektronenmicroscoopbeeld van het Aftasten (SEM) van de gerichte nanowire groei GaN op saffier; (b) het beeld van de transmissie (TEM)elektronenmicroscoop van een GaN nanowire met shell AlGaN laag die zijn driehoekige dwarsdoorsnede tonen.

Een verscheidenheid van nanocharacterizationtechnieken worden ook aangewend door Dr. Wang en zijn collega's om uiteindelijk de nanowireeigenschappen te begrijpen en te verbeteren. Bijvoorbeeld, worden de ruimte-vastbesloten cathodoluminescence experimenten gebruikt om de frequenties en de intensiteit van lichte emissie van deze nanowires met nanoscaleresolutie, zoals aangetoond in5 Figuur 2 in kaart te brengen.

Dit en andere optische technieken die zijn aangepast aan het bestuderen van deze nanostructures, met inbegrip van de microscopie van het dichtbijgelegen-gebiedsaftasten6 en de ultrasnelle7 en diep-vlakke optische spectroscopie8 heeft, details zoals de oorsprong en de concentratie van onzuiverheden en andere punttekorten in nanowires geopenbaard, met het doel om hen en hun effect op nanowire-gebaseerde apparaten te verminderen. De Krachtige 3D9 en in situ elektronenmicroscopietechnieken hebben10, bijvoorbeeld, het waarnemen van de fysieke analyse van een nanowireapparaat onder hoge elektromacht in real time bij atoom-schaalresoluties toegelaten.11

Figuur 2. (a) Cathodoluminescence (CL) beeld die blauwe lichte emissie van GaN/InGaN kern-SHELL tonen nanowires; (b) het beeld die van CL op tekort betrekking hebbende gele luminescentie van het oppervlaktegebied tonen van een GaN nanowire.

Naast enige nanowireapparaten, kunnen de ensembles van nanowires ook zijn leveraged op interessante en voordelige manieren. In Sandia, heeft Dr. Wang en collega's een techniek ontwikkeld die verticaal gerichte nanowire series GaN als hoogte - kwaliteitsmalplaatje voor de groei van hoogte - de films van kwaliteitsGaN op goedkope, rooster-slecht gecombineerde substraten, zoals aangetoond in Figuur 3 gebruikt.12 Nanowires dienen als spannings volgzame „bruggen“ tussen de samengevoegde film GaN en het ten grondslag liggen aan, rooster-slecht gecombineerd saffiersubstraat, dat helpt om tekortvorming in de film te minimaliseren GaN en vandaar apparatenprestaties te verbeteren.

Figuur 3. (a) het teruggeven van de Kunstenaar van nanowire-templated de groei van een film GaN; (b) het beeld die van dwarsdoorsnedeSEM demonstratie tonen van nanowire-templated de groei GaN.

Samengevat, intrigeert de iii-Nitride halfgeleider nanowires nieuwe structuren die grote belofte efficiënt, nanoscale bouwstenen voor toepassingen tonen die zich van verlichting in vaste toestand en vertoningen aan photovoltaics uitstrekken. Vele inspanningen rond de wereld zijn momenteel aan de gang hun synthese en eigenschappen beter om te begrijpen om hun volledig potentieel te ontsluiten.

Acknowledgments

Financierend van Wetenschappen DMSE van de Energie van DOE (BES) de Basis, van DOE EERE het Nationale Laboratorium Op Energiegebied van de Technologie, Van Sandia ldrd- programma, en van Sandia het Onderzoekscentrum van de Grens van de Energie Wetenschap van de In vaste toestand van de Verlichting (DOE BES). Is de Nationale Laboratoria van Sandia die een multi-programmalaboratorium door Sandia Corporation, een volledige dochteronderneming van het bedrijf van Lockheed Martin, voor de Overheidsinstelling van de Veiligheid van het Ministerie van de V.S. van Energie Nationale Kern in het kader van contract DE-ac04-94AL85000 wordt geopereerd.


Verwijzingen

1. A.I. Hochbaum, P.D. Yang, „Halfgeleider Nanowires voor de Omzetting van de Energie“, Chemische Overzichten, 110, 527 2010.
2. Q. Li, G.T. Wang, de „Rol van Botsingen in de Gerichte Groei van Verticale Nanowires“, J. Cryst. De Groei (Nederland), 310, 3706 2008.
3. Q. Li, G.T. Wang, „Verbetering van de Gerichte Groei die van GaN Nanowire de Films van de Katalysator van Ni Submonolayer“ gebruiken, Appl. Phys. Lett., 93, 043119 2008.
4. G. richtte T. zich Wang, A.A. Talin, D.J. Werder, J.R. Creighton, E. Lai, R.J. Anderson, I. Arslan, „Hoogst, de malplaatje-vrije groei en karakterisering van verticale GaN nanowires op saffier door metal-organic chemische dampdeposito“, Nanotechnologie, 17, 5773 2006.
5. Q.M. Li, G.T. Wang, „RuimteDistributie van de Luminescentie van het Tekort in GaN Nanowires“, Nano Lett., 10, 1554 2010.
6. L. Baird, G.H. ANG, C.H. Low, N.M. Haegel, A.A. Talin, Q.M. Li, G.T. Wang, „de minderheidscarrier van de Weergave verspreiding in GaN die nanowires dichtbij gebied de optische microscopie“ gebruiken, Physica B, 404, 4933 2009.
7. PC. Upadhya, Q.M. Li, G.T. Wang, A.J. Fischer, A.J. Taylor, R.P. Prasankumar, de „Invloed van tekortstaten op onevenwichtscarrier dynamica in GaN nanowires“, Wetenschap van de Halfgeleider en Technologie, 25, 2010.
8. A. Armstrong, Q. Li, Y. Lin, A.A. Talin, G.T. Wang, „GaN nanowire oppervlaktestaat waargenomen gebruikend de diepe niveau optische spectroscopie“, Appl. Phys. Lett., 96, 2010.
9. I. Arslan, A.A. Talin, G.T. Wang, „Driedimensionele Visualisatie van de Tekorten van de Oppervlakte in kern-SHELL Nanowires“, Dagboek van Fysieke Chemie C, 112, 11093 2008.
10. Y. Lin, Q. Li, A. Armstrong, G.T. Wang, „de elektrokarakterisering In situ van de aftastenelektronenmicroscoop van GaN nanowire nanodiodes wolfram en wolfram gebruiken/gallium die nanoprobes“, In Vaste Toestand Commun. (De V.S.), 149, 1608 2009.
11. T. Westover, R. Jones, J.Y. Huang, G. Wang, E. Lai, A.A. Talin, „Photoluminescence, Thermisch Vervoer, en Analyse in Joule-Verwarmde GaN Nanowires“, Nano Lett., 9, 257 2009.
12. Q. Li, Y. Lin, J.R. Creighton, J.J. Figiel, G.T. Wang, „nanowire-Templated de zij epitaxial groei met laag-dislocatiedichtheid niet-polaire a-vlakke GaN op r-vlakke saffier“, Adv. Mater., 21, 2416 2009.

Copyright AZoNano.com, Dr. George T. Wang (Nationale Laboratoria Sandia)

Date Added: Aug 11, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:02

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit