20% off DeltaTime Fluorescence Lifetime System Upgrade

There are 2 related live offers.

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

III-Nitride Halvledare Nanowires - Nya Material för Optoelectronic och EnergiApplikationer

vid Dr. George Wang

Dr. George T. Wang, den Främsta Medlemmen av Tekniskt Bemannar, den Halvledar- Forskningscentrat för Gränsen för BelysningVetenskapsEnergi, Sandia MedborgareLaboratorium
Motsvarande författare: gtwang@sandia.gov

Forskning på halvledarenanowires har fullvuxet exponentially över det sist årtiondet, med mycket uppmärksamhet som fokuserar på deras syntes, grundrekvisita och potentiella applikationer. Nanowires är kickaspektförhållandet, binda-något liknande strukturerar med diametrar som spänner typisk från några nanometers till några hundra nanometers. Nanowires bestod av av faktiskt varje halvledaresystem, inklusive Si/Ge, II-VIs, och III-Vs, har synthesized hitintills och ställer ut en variation av intressant morfologier som däribland var sexhörniga som var rektangulära som var triangulära som var cylindriska och förgrena sig även.

Intressera i halvledarenanowires är rakt i stor del till deras unika termiskt, mekaniskt, optiskt, kemiskt, och den elektriska rekvisitan, ett resultat av deras kickytbehandla-till-volym förhållande och deras storleksanpassar, som skär ett nummer av karakteristiska längdfjäll för läkarundersökning, liksom excitondiffusionslängden, och den Bohr radien, UV-synliga våglängder, genomsnittlig fri bana för phonon och kritiskt storleksanpassar av magnetiska områden. Dessa nya rekvisita har ledde till ett nummer av fängslande demonstrationer av halvledarenanowires som individ eller integrerade nanoscalebeståndsdelar i en variation av applikationer som spänner från thermoelectrics, nanophotonicsen, avkänning, piezoelectricsen, energiplockningen och lagring och nanoelectronicsen.1

III-nitridesna (AlGaInN) är viktiga riktar technologically musikband-Gap halvledare, som absorberar och sänder ut över ett mycket brett, och attraktiv energi spänner från det UV till synligt till infraröda våglängder, och är basen för synliga ljus-sändande ut dioder för reklamfilmproduktnågot liknande (LEDs) och slösar laser-dioder (e.g. BluRay). Som sådan, undersöks nanowires som baseras på III-nitriden halvledare, för potentiellt bruk i Ljusdiod, laser, photovoltaics, bevattnar att dela som är snabbt/, driva elektronik och andra applikationer.

Emellertid för sådan nanowire-baserade applikationer kan praktiskt realiseras, finns flera utmaningar i områdena av kontrollerad och beställd nanowiresyntes, fabriceringen av avancerade nanowireheterostructures, och överenskommelse och att kontrollera den termiska, elektriska, mekaniska och optiska rekvisitan för nanowire. På Sandia MedborgareLaboratorium under den Halvledar- Forskningscentrat och annan för Gräns för BelysningVetenskapsEnergi programmerar, utforskar Dr. George T. Wang och kollegor syntesen och rekvisitan av III-nitriden baserade nanowires med målet av att tilltala dessa många utmaningar.

Halvledarenanowires kan fabriceras av en variation av tekniker, inklusive underifrånperspektiv som gäller ofta en nanoscale, belägger med metall katalysatorpartikeln för att rikta tillväxt 1D via denfasta (VLS) mekanismen, för bästa-att besegra lithographic att närma sig. Fördriva båda av dessa syntetmaterialet att närma sig undersöks på Sandia, fokuserar har det primärt varit på VLS-baserad tillväxt av GaN och III-nitriden kärna ur-Shell nanowires genom att använda belägga med metall-organisk kemisk dunstavlagring (MOCVD). Figurera shows 1 denfria arrangera i rak linje tillväxten av GaN nanowires på en safirsubstrate via denna metod.

Kicknanowiretätheten och graden av lodlinjejusteringen, som är önskvärd för lodlinjeapparatintegration, uppnås av det riktiga valet av den crystal riktningen för substraten och försiktigt kontrollerar av belägga med metallkatalysatorn, såväl som tillväxten villkorar.2-4 Nanowiresna är singelkristaller, med triangulära tvärsnitt (Figurera 1b) och är fria av detskadligt hoppar av bekant, som förskjutningar, som är vanligt i III-nitride, filmar. Detta crystalline kvalitets- för kick av nanowiresna, tillsammans med kapaciteten att göra dopade och legerar heterostructures över en bred tunable bandgap spänner, gör dem attraktiva kandidater för effektiva apparater för energi.

Figurera 1. (a) Scanningelektronmikroskopet (SEM) avbildar av arrangera i rak linje GaN nanowiretillväxt på safir; avbildar elektronmikroskopet för överföring (b (TEM)) av en GaN nanowire med AlGaN beskjuter lagrarvisning dess triangulära tvärsnitt.

En variation av nanocharacterizationtekniker används också av Dr.en Wang och hans kollegor för att förstå och ultimately förbättra nanowirerekvisitan. Till exempel är rumsligt-löste cathodoluminescenceexperiment van vid kartlägger frekvenserna och styrkorna av ljust utsläpp från dessa nanowires med nanoscaleupplösning,5 som visat in Figurera 2.

Detta och andra optiska tekniker, som har anpassats till att studera dessa nanostructures, near-sätter in däribland scanningmicroscopy6 och ultrafast7 och djup-jämna optiska spektroskopier8, har avslöjt specificerar liksom beskärningen, och koncentration av impurities och annan pekar hoppar av i nanowiresna, med målet av förminskande dem, och deras få effekt på nanowire-baserade apparater. Kraftiga 3D9 och i-situ tekniker för elektronmicroscopy10 har möjliggjort, till exempel och att observera läkarundersökningsammanbrottet av en nanowireapparat under den elektriska kicken driva i real-time på atom--fjäll upplösningar.11

Figurera 2. (a) Cathodoluminescence (CL) avbildar ljust utsläpp för visningblått från nanowires för GaN/InGaN kärna ur-Shell; (b) CL avbildar hoppa av-släkt gul luminescence för visning från ytbehandlaregionen av en GaN nanowire.

Förutom singelnanowireapparater kan helheter av nanowires också utnyttjas i intressant och fördelaktig väg. På Sandia har Dr. Wang och kollegor framkallat en teknik som använder vertikalt arrangera i rak linje GaN nanowiresamlingar som en högkvalitativ mall för tillväxten av högkvalitativa GaN filmar på billiga galler-oöverensstämmelse substrates, som visat in Figurera 3.12 Nanowiresserven som anstränger eftergivent ”överbryggar” mellan den sammansmältte GaNen filmar, och den bakomliggande galler-oöverensstämmelse safirsubstraten, som hjälp för att minimera hoppar av bildande i GaNen, filmar och förbättrar hence apparatkapacitet.

Figurera 3. (a) Konstnärens tolkning av nanowire-templated tillväxt av en GaN filmar; avbildar SEM 2000 för tvärsnitt (b) visningdemonstration av nanowire-templated GaN tillväxt.

I summariskt är III-nitride halvledarenanowires fängslande nytt strukturerar att det stora löftet för showen som effektiva, för nanoscale byggande kvarter för applikationer som spänner från halvledar- belysning och skärmar till photovoltaicsen. Många försök runt om världen är för närvarande kommande att förbättra förstår deras syntes och rekvisita för att realisera deras fulla potentiellt.

Bekräftelser

Finansiering från för EnergiVetenskaper DMSE för DOE (BES) Grundläggande, Medborgareför Energi för DOE EERE för Laboratorium, Sandias för Teknologi program för LDRD och Sandias den Halvledar- Forskningscentrat för Gräns för Energi för BelysningVetenskap (DOEN BES). Sandia MedborgareLaboratorium är ettprogram laboratorium fungerings av Sandia Korporation, ett helägt dotterbolag av det Lockheed Martin företaget, för U.S.-Avdelningen av Energis Medborgare som den Kärn- SäkerhetsAdministrationen avtalar under DE-AC04-94AL85000.


Hänvisar till

1. A. Granskar I. Hochbaum, P.D. Yang, ”Halvledaren Nanowires för EnergiOmvandling” som är Kemisk, 110, 527 2010.
2. Q. Li, G.T. Wang, ”Rollen av Sammanstötningar i den Arrangera i rak linje Tillväxten av Lodlinjen Nanowires”, J. Cryst. Tillväxt (Nederländerna), 310, 3706 2008.
3. Q. Filmar Li, G.T. Wang, ”Förbättring i Arrangera i rak linje GaN Nanowire Tillväxt som använder den Submonolayer Ni-Katalysatorn,”, Appl. Phys. Lett., 93, 043119 2008.
4. G.T. Wang, A.A. Talin, D.J. Werder, J.R. Creighton, E. Lai, R.J. Anderson, I. Arslan, ”arrangera i rak linje Högt mall-fri tillväxt och karakterisering av lodlinjeGaN nanowires på safir vid belägga med metall-organisk kemisk dunstavlagring”, Nanotechnology, 17, 5773 2006.
5. Q. Hoppar av M. Li, G.T. Wang, ”Rumslig Fördelning av Luminescence i GaN Nanowires”, Nano Lett., 10, 1554 2010.
6. L. sätter in Baird, G.H. Ang, C.H. Låg, N.M. Haegel, A.A. Talin, Q.M. Li, G.T. Wang, ”Avbilda minoritetbärarediffusion i GaN nanowires som nära använder, optisk microscopy”, Physica B, 404, 4933 2009.
7. P. hoppar av C. Upadhya, Q.M. Li, G.T. Wang, A.J. Fischer, A.J. Taylor, R.P. Prasankumar, ”Påverkan av påstår på non-equilibrium bäraredynamik i GaN nanowires”, HalvledareVetenskap och Teknologi, 25, 2010.
8. A. ytbehandlar Armstrong, Q. Li, Y. Lin, A.A. Talin, G.T. Wang, ”GaN nanowire observerat statligt genom att använda den djupt jämna optiska spektroskopin”, Appl. Phys. Lett., 96, 2010.
9. I. Ytbehandlar Arslan, A.A. Talin, G.T. Wang, ”Tredimensionell Visualization av Hoppar av i Kärna ur-Shell Nanowires”, Förar Journal över av LäkarundersökningKemi C, 112, 11093 2008.
10. Y. Lin, Q. Li, A. Armstrong, G.T. Wang, ”I karakterisering för mikroskop för situscanningelektron elektrisk av GaN nanowirenanodiodes genom att använda tungsten och tungsten-/galliumnanoprobes”, Halvledar- Commun. (USA), 149, 1608 2009.
11. T. Westover, R. Jones, J.Y. Huang, G. Wang, E. Lai, A.A. Talin, ”Photoluminescence, Termisk Transport och Sammanbrott i Joule-Värmde GaN Nanowires”, Nano Lett., 9, 257 2009.
12. Q. Li, Y. Lin, J.R. Creighton, J.J. Figiel, G.T. Wang, ”Nanowire-templated sidoepitaxial tillväxt av låg-förskjutning täthet nonpolar en-plana GaN på r-plan safir”, Adv. Mater., 21, 2416 2009.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Dr. George T. Wang (Sandia MedborgareLaboratorium)

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

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