硅纳米线阵列

硅纳米线径向p-i-n结电输运特性研究在光伏太阳能电池中，对于提高载流子的收集效率和光转换效率，硅纳米线径向p-i-n结是一种非常有潜力的结构。

然而，迄今为止，论文中报道的本征层厚度均小于50 nm，在此厚度下，本征层作为载流子主要收集区域的作用并未凸现出来。

在本文中，采取浓度为1016~1020 /cm3的杂质掺杂，以增厚的本征层（150 nm）为前提，利用泊松方程得到硅纳米线径向p（核区）-i（夹层）-n（壳层）结不同区域的电场及电势分布。

计算结果显示，p区和n区的电场分布是不均匀的，且随着本征层半径的增大，电场逐渐降低。

对于核区半径为50 nm的p-i-n结，当杂质浓度低于1017 /cm3时，核区被完全耗尽。

随着杂质掺杂浓度的增加，耗尽层厚度逐渐降低，本征区载流子的漂移速度逐渐增大并趋于饱和。

从电场强度、耗尽层厚度、载流子漂移速度三方面得到杂质最佳掺杂浓度为1018 /cm3。

通过比较本征层载流子的渡越时间和寿命，确定了材料允许的最大缺陷浓度。

关键词：径向p-i-n结，电场强度，耗尽层，漂移速度，最佳掺杂浓度第一章绪论1.1 引言目前，基于径向纳米线独特的光、电学性质，径向纳米线太阳能电池的高效光管理研究已经成为普遍重视的课题[1-6]。

相比于传统的平面pn结器件，径向纳米线阵列可以使光的吸收过程和载流子的分离过程相互独立，有利于实现低质量材料的应用，降低成本。

并且，在光学结构（阵列周期、直径、形状等）优化的情况下[7-9]，纳米线阵列表现出较高的光管理能力，如较高的抗反射性。

纳米线阵列优异的光吸收特性已经被实验所证明[10,11]。

然而，在纳米线生长过程中，由于重n/p型的掺杂、催化剂（Au）的使用，掺杂区产生了大量的复合中心，载流子的收集效率仍然较低。

其解决办法之一为在pn结中引入本征层，使载流子的收集区域从p/n区转移到本征区。

虽然有论文[12-14]对径向纳米线p-i-n结的性能进行了分析，但由于本征层较薄（<50 nm），对于载流子的收集其并没有起到很好的作用。

当使用标准假设时，由于栅极电容的不确定性，表面耗尽的影响，以及非均匀掺杂分布，提取的流动性和载流子浓度值会有很大的误差。

Khanal和吴（67）使用有限元法（FEM）模拟表明，当在平面模型上使用电容时，流动性的测量会有两个到十个误差的存在。

小直径的薄背栅氧化物（67）低掺杂的纳米线会有更大的误差。

锗纳米线的顶端栅极电容的测量结果表明，如果使用FEM代替分析模型（68），误差几乎可以消除。

加内特等人（30）使用电容—电流测量法，能提取径向载流子浓度剖面和硅纳米线的表面密度。

其中符合扩散模拟，平面空着样品和表面密度的文学价值。

这是个令人鼓舞的结果，因为这意味着，适当的表面钝化，可以使纳米线太阳能电池的表面复合能够达到和平面单元格相同低的水平（每单位面积）。

这个结果也表明，直径小于100nm和掺杂水平接近1 × 1017 cm−3的非钝化的纳米线可以很容易的表面状态完全的耗尽（69）。

这有个必须考虑的问题—非门的电导率测量可采样的纳米线体积只有一小部分，从而导致即使使用正确的流动性计算也会得到错误的载流子浓度。

此外，如果纳米线的掺杂分布很多，单载流子浓度值只能给出一个估计的平均值。

上面提到的电流电压测量法虽然能提取径向载流子浓度剖面，但是不能直接确定掺杂分布。

佩雷亚等人（29）用局部电极原子探针（LEAP）显微镜看到在原位掺杂纳米线的径向非均匀掺杂分布。

图五掺杂原子的分布和掺杂纳入途径。

（a）通过掺杂纳入途径示意图（i）催化剂及（ii）表面分解。

（b）磷浓度的锗纳米线的径向情节增长380◦C和磷化氢：GeH41:1,000（三角形）和1:500（正方形）的比率。

插图显示浓度是沿着它的路径衡量。

（c）纳米线截面与面板D对齐（2纳米厚）侧视图。

（d）平均磷浓度[图]沿生长轴。

适应从29参考权限。

版权所有C 2009，麦克米伦。

图五显示了增强的表面掺杂浓度和拟定的机制，与含磷的结合通过非催化的效果比催化的更有效。

MaCE法下硅纳米结构影响因素综述作者：王志权来源：《山东工业技术》2019年第01期摘要：近年来，国内外学者对硅纳米线的制备方面进行了一系列的研究，得出了很多建设性的成果。

本文对现行最流行的金属辅助化学刻蚀法（Metal-assisted chemical etching-MaCE）进行了研究。

主要研究了金属催化剂（类型、形状、距离）和单晶硅特性（硅衬底方向、掺杂水平）对单晶硅纳米结构的形貌及刻蚀速率的影响进行了综述。

关键词：金属辅助化学刻蚀法;金属催化剂;单晶硅特性;形貌结构;刻蚀速率DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.01.0690 引言硅纳米线具有突出的表面效应，量子限域效应、热稳定性等特殊性质，使其在微电子、光电子、MEMS 器件、能量转换与存储以及生化传感等领域获得广泛应用，具有巨大的应用发展情景，越来越受到人们的广泛关注。

MaCE法属于微电化学反应已经达成共识。

其主要为HF-H2O2-贵金属（Ag、Au）等组成的化学反应体系[1]，因此，影响硅纳米结构的因素众多。

本文将在金属催化剂、单晶硅本身特性等两个方面综述其对制备单晶硅纳米结构的影响。

1 金属催化剂对制备的影响MaCE中使用的催化剂决定了氧化剂H2O2的还原速率。

通常，贵金属催化剂的MaCE方法的速率遵循如下顺序：Pd> Pt> Au> Ag[2]。

1.1 金属类型对制备的影响通常，如果隔离的金属颗粒用于金属辅助化学蚀刻，则蚀刻结构的形态随贵金属的类型而变化。

对于分离的Au或Ag颗粒，在蚀刻之后会在Si衬底形成直孔。

但是，由于在蚀刻期间金属颗粒的随机运动，Pt颗粒通常形成螺旋孔，并且导致弯曲的孔没有均匀的蚀刻方向。

除对纳米结构形态有影响外，特定类型的贵金属也影响蚀刻速率。

Pt的蚀刻速率远高于Au的蚀刻速率。

此外，蚀刻到Si衬底中的孔或线结构通常被具有Pt的多孔层包围，这对于Ag或Au来说不那么明显。

硅纳米线阵列论文：硅纳米线阵列氧化镍复合超级电容器气敏性【中文摘要】硅基纳米复合体系不仅拥有硅纳米材料的诸多特性,同时还综合了复合体系中各组分材料的相关性质,因而具有更为卓越的综合性能。

硅基纳米复合材料的种类繁多,目前科学工作者对它们中的某些特定体系的性能也有了较为深入的研究。

在硅基纳米复合体系中,硅纳米线有序阵列与金属氧化物的复合体系虽然已经开始研究,但是报道并不多见。

氧化镍是一种p型半导体材料,其化学性能稳定,物理性能优良,环境友好度高,价格低廉且易于产业化,在超级电容器及气敏性器件等方面拥有广阔的应用前景。

本文选择了氧化镍材料与硅纳米线有序阵列进行复合,制备出了氧化镍-硅复合纳米线阵列,并研究了该复合结构在超级电容器和气敏性元件方面的性能,具体研究内容如下:1.以四种不同型号的n型硅片为原材料,通过银离子催化腐蚀法制备了硅纳米线阵列结构。

以制备的硅纳米线阵列结构为模板,化学镀覆镍层,然后在空气中,350 oC与450 oC条件下退火1 h,获得了氧化镍-硅复合纳米线阵列。

对样品进行相关表征,结果表明:（1）硅纳米线阵列的生长方向与硅片的晶向相同,硅纳米线的直径与硅片的电阻率相关,且电阻率越大,硅纳米线的直径越大。

（2）以n （100）,电阻率为110Ω·cm型号硅片制备出的氧化镍-硅复合纳米线阵列取向性最优。

该结构中,硅纳米线垂直于硅基底,纳米线长度为45μm,直径在30300 nm之间;（3）氧化镍-硅复合纳米线阵列结构中,氧化镍颗粒的平均晶粒尺寸与退火温度有关,当退火温度350℃时,晶粒尺寸约为13 nm,450℃时为16 nm。

2.将不同温度下退火得到的氧化镍-硅复合纳米线阵列制备成电极进行电化学性能测试,包括循环伏安曲线测试,恒电流充放电测试,交流阻抗测试。

测试结果表明:氧化镍-硅复合纳米线阵列具有良好的循环性能,较高的比电容和较低的内阻。

在放电电流为2.5 mA时,最大比电容可达到787.5 F·g-1,经过500次充放电循环后,其电容量损失仅为4.0 %;其等效内阻为3.1Ω。

太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。

因此，太阳能电池的量子效率与太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。

外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。

内量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比。

硅纳米线太阳能电池基于硅纳米线太阳能电池的金属箔进行了阐述【foil - 铝箔】。

此类设备的主要优点是讨论，通过光的反射率，电压，电流和外部量子效率数据一个单元的设计，采用薄非晶硅层上沉积形成的纳米线阵列P - N结。

一个有前途的1.6 mA/cm2的电流密度为1.8平方厘米电池获得，并广阔的外部量子效率测定的最大值为12％，在690纳米。

“。

2007年美国物理研究所。

近年来，一直存在一个显着的，复活在可再生能源系统的兴趣。

太阳能转换特别感兴趣，因为是丰富的源。

今天的绝大多数鈥檚商业太阳能电池模块是基于晶体硅，但有越来越多的薄膜的兴趣，所谓的第二代太阳能电池，以及第三代高效率/低成本太阳能电池，一些需要使用的纳米结构的概念。

基于纳米线净重的太阳能电池是一种很有前途的阶级由于几个性能和光伏太阳能设备处理启用的利益，包括直接路径这样的几何形状所带来的电荷传输纳米结构。

【photovoltaic - 光伏】纳米线和纳米棒，定义中的应用这里有宽高比5:1太阳能电池已试图在几个设备的配置和材料系统。

纳米线/棒功能的太阳能电池的最新展示已主要基于有机-无机混合材料或利用，如化合物半导体硒化镉。

黄长发等人。

作为electronconducting利用的CdSe纳米棒层孔导电聚合物基太阳能电池和生产效率AM1.5照射的1.7％。

36 nm100 nm100 nm 100 nm(c)(d)100 nm21 nm(a)(b)Fig.1.SEM images (titled view)of HSQ nanocolumns networks with a height of 130nm (a–c)and 300nm (d),and a diameter/pitch of (a)21nm/100nm,(b)36nm/30nm,(c)30nm/25nm,(d)80nm/60nm,respectively.of negative-tone resist Hydrogen SylsesQuioxane (HSQ)diluted in isobutyl ketone marketed by Dow Corning under name of FOx-12and FOx-16was used.The HSQ solution was spin coated on (100)Si wafers and baked at 80 C for 60s to evaporate the solvent.Resist thicknesses rang-ing from 70nm to 330nm have been obtained by spin-coating at various angular speeds.E-beam exposures are performed with an EBPG 5000+system from LEICA at the high energy of 100K eV .100pA beam current gives an extremely small spot size,estimated at 5nm.An opti-mum dose of 2750 C/cm 2coupled with correction fac-tors that take into account proximity effects and pattern sizes generate HSQ nanocolumns networks with diame-ters ranging from 20nm to 240nm.After exposure,the HSQ resist was developed by manual immersion in 25%Tetramethylammonium Hydroxide (TMAH)at 20 C for 60s,rinsed in deionized water,and blown dry with ing this process sequence,HSQ nanopillars net-works with very high contrast are obtained as shown in10 mTorr (a)HSQSi 20 nm2 mTorr(b)HSQ20 nmSi061218243020406080100120140Source power (W)(c)M i c r o t r e n c h i n g d e p t h (n m )20 nm20 nm2.SEM images (cross-section view)of Si nanoblade using 100 nm(b)50 nmθθD 1D 2L 1L 2(c)(d)100 nm(a)(e)100 nm180 nm100 nm60 nmFig.3.(a)SEM image (cross-section view)of network of 30nm length nanoblades with a spacing of 60nm,100nm and 180nm and (b)zoom of the densest part (c)schematic representation of species scattered from the resist mask.(d–e)SEM images (titled view)of Si NWs network etched with two different resist thicknesses.(a)(b)1 µm100 nmFig.4.SEM images(titled view)of(a)a large area(22 m×22 m) of vertical Si NWs networks with a100%yield;(b)ultra high density (4×1010cm−2)vertical Si NWs networks with a100%yield.performed on a dense network of HSQ nanocolumns,as shown in Figure3(d).The same phenomenon is observed with a shape of nail head in the top part of the Si NWs. In order to realize dense networks of vertical Si NWs with a limited undercut,a sufficient resist height should remain until the end of the process as presented in Figure3(e).In summary,using the optimized RIE conditions applied on dense HSQ columns,ultra high density vertical Si NWs networks were demonstrated.Figure4(a)shows SEM viewNWs without any defects and20 nm11.7 nmFig.5.SEM image(titled view)of vertical Si NWs networks tapered wet oxidation with11.7nm diameter and a high aspect ratio of11.12.K.H.A.Bogart,F.P.K lemens,M.V.Malyshev,J.I.Colonell,V.M.Donnelly,J.T.C.Lee,and ne,J.Vac.Sci.Technol.B 18,197(2000).13.M.A.Vyvoda,H.Lee,M.V.Malyshev,F.P.klemens,M.Cerullo,V.M.Donnelly,D.B.Graves,A.K ornblit,and J.T.C.Lee,J.Vac.Sci.Technol.A16,3247(1998)rrieu and E.Dubois,J.Vac.Sci.Technol.B23,2046(2005).15.G.S.Oehrlein,R.M.Tromp,Y.H.Lee,and E.J.petrillo,Appl.Phys.Lett.45,420(1984).16.M.M.A.Hakim,L.Tan,O.Buiu,W.Redman-White,S.Hall,andP.Ashburn,Solid-State Electron53,753(2009).Received:4September2009.Accepted:30October2009.RESEARCHARTICLE。