सिलिकॉन नैनोवायर

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सिलिकॉन nanowire , जिसे SiNWs के रूप में भी जाना जाता है, एक प्रकार का सेमीकंडक्टर नैनोवायर है, जो अक्सर एक ठोस या वाष्प या तरल चरण से उत्प्रेरित वृद्धि के माध्यम से एक सिलिकॉन अग्रदूत से बनता है। इस तरह के नैनोवायरों में लिथियम आयन बैटरी, थर्मोइलेक्ट्रिक्स और सेंसर में आशाजनक अनुप्रयोग हैं। SiNWs का प्रारंभिक संश्लेषण अक्सर थर्मल ऑक्सीकरण चरणों के साथ सटीक रूप से सिलवाया आकार और आकृति विज्ञान की संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए होता है।[1] SiNW में अद्वितीय गुण होते हैं जो बल्क (त्रि-आयामी) सिलिकॉन सामग्री में नहीं देखे जाते हैं। ये गुण एक असामान्य अर्ध-आयामी इलेक्ट्रॉनिक संरचना से उत्पन्न होते हैं और कई विषयों और अनुप्रयोगों में शोध का विषय हैं। कारण यह है कि SiNWs को सबसे महत्वपूर्ण एक आयामी सामग्रियों में से एक माना जाता है, क्योंकि वे जटिल और महंगी निर्माण सुविधाओं की आवश्यकता के बिना इकट्ठे किए गए नैनोस्केल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में कार्य कर सकते हैं।[2] फोटोवोल्टिक, नैनोवायर बैटरी, थर्मोइलेक्ट्रिक्स और गैर-वाष्पशील मेमोरी सहित अनुप्रयोगों के लिए SiNW का अक्सर अध्ययन किया जाता है।[3]


अनुप्रयोग

अपने अद्वितीय भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण, सिलिकॉन नैनोवायर अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार हैं जो अपनी अनूठी भौतिक-रासायनिक विशेषताओं पर आकर्षित होते हैं, जो बल्क सिलिकॉन सामग्री से भिन्न होते हैं।[1]

SiNWs चार्ज ट्रैपिंग व्यवहार प्रदर्शित करते हैं जो फोटोवोल्टिक्स, और फोटोकैटलिस्ट्स जैसे इलेक्ट्रॉन छेद पृथक्करण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में मूल्य की ऐसी प्रणालियों को प्रस्तुत करता है।[4] नैनोवायर सोलर सेल पर हाल के प्रयोग से पिछले कुछ वर्षों में SiNW सोलर सेल की पावर कन्वर्जन क्षमता <1% से >17% तक उल्लेखनीय सुधार हुआ है।[5] SiNWs के चार्ज ट्रैपिंग व्यवहार और ट्यून करने योग्य सतह शासित परिवहन गुण धातु इन्सुलेटर सेमीकंडक्टर्स और MOSFET के रूप में उपयोग की दिशा में रुचि के नैनोस्ट्रक्चर की इस श्रेणी को प्रस्तुत करते हैं।[6] नैनोइलेक्ट्रॉनिक भंडारण उपकरणों के रूप में और अनुप्रयोगों के साथ,[7] फ्लैश मेमोरी में, प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस के साथ-साथ रासायनिक और जैविक सेंसर।[3][8] लिथियम आयनों की सिलिकॉन संरचनाओं में अंतर्संबंध (रसायन विज्ञान) की क्षमता लिथियम आयन बैटरी | ली-आयन बैटरी (LiBs) में एनोड के रूप में अनुप्रयोगों के प्रति रुचि के विभिन्न Si nanostructures को प्रस्तुत करती है। SiNWs ऐसे एनोड्स के रूप में विशेष योग्यता के हैं क्योंकि वे संरचनात्मक अखंडता और विद्युत कनेक्टिविटी को बनाए रखते हुए महत्वपूर्ण लिथेशन से गुजरने की क्षमता प्रदर्शित करते हैं।[9] सिलिकॉन नैनोवायर कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर हैं क्योंकि वे छोटे क्रॉस सेक्शन के कारण कम थर्मल चालकता के साथ डॉप्ड सी के थोक गुणों के कारण उच्च विद्युत चालकता को जोड़ते हैं।[10]


संश्लेषण

कई संश्लेषण विधियों को SiNWs के लिए जाना जाता है और इन्हें मोटे तौर पर उन विधियों में विभाजित किया जा सकता है जो बल्क सिलिकॉन से शुरू होती हैं और नैनोवायरों को उत्पन्न करने के लिए सामग्री को हटाती हैं, जिसे टॉप-डाउन संश्लेषण के रूप में भी जाना जाता है, और ऐसी विधियाँ जो एक प्रक्रिया में नैनोवायरों के निर्माण के लिए एक रासायनिक या वाष्प अग्रदूत का उपयोग करती हैं। आम तौर पर नीचे-ऊपर संश्लेषण माना जाता है।[3]


ऊपर नीचे संश्लेषण के तरीके

ये विधियाँ थोक अग्रदूत से नैनोस्ट्रक्चर का उत्पादन करने के लिए सामग्री हटाने की तकनीक का उपयोग करती हैं

  • लेजर पृथक[3]* आयन बीम नक़्क़ाशी[11]
  • थर्मल वाष्पीकरण ऑक्साइड-समर्थित वृद्धि (OAG)[12]
  • धातु-सहायता प्राप्त रासायनिक नक़्क़ाशी (MaCE)[13]


बॉटम-अप सिंथेसिस मेथड्स

  • वाष्प-तरल-ठोस विधि |वाष्प तरल ठोस (वीएलएस) वृद्धि - एक प्रकार का उत्प्रेरित रासायनिक वाष्प जमाव जो अक्सर silane को सी अग्रदूत और सोने के नैनोकणों को उत्प्रेरक (या 'बीज') के रूप में उपयोग करता है।[3]
  • आणविक बीम एपिटॉक्सी - प्लाज्मा वातावरण में लागू भौतिक वाष्प जमाव का एक रूप[12]*एक समाधान से अवक्षेपण - वीएलएस पद्धति का एक रूपांतर, जिसे उपयुक्त रूप से सुपर तरल लिक्विड सॉलिड (एसएफएलएस) नाम दिया गया है, जो वाष्प के बजाय सी अग्रदूत के रूप में एक सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ (जैसे उच्च तापमान और दबाव पर ऑर्गोसिलेन) का उपयोग करता है। उत्प्रेरक समाधान में एक कोलाइड होगा, जैसे कि कोलाइडयन सोने के नैनोकण, और SiNW इस समाधान में उगाए जाते हैं[12][14]


थर्मल ऑक्सीकरण

भौतिक या रासायनिक प्रसंस्करण के बाद, या तो ऊपर से नीचे या नीचे से ऊपर, प्रारंभिक सिलिकॉन नैनोस्ट्रक्चर प्राप्त करने के लिए, वांछित आकार और पहलू अनुपात के साथ सामग्री प्राप्त करने के लिए अक्सर थर्मल ऑक्सीकरण चरणों को लागू किया जाता है। सिलिकॉन नैनोवायर एक विशिष्ट और उपयोगी आत्म-सीमित ऑक्सीकरण व्यवहार प्रदर्शित करते हैं जिससे प्रसार सीमाओं के कारण ऑक्सीकरण प्रभावी रूप से समाप्त हो जाता है, जिसे मॉडलिंग किया जा सकता है।[1]यह घटना SiNWs में आयामों और पहलू अनुपातों के सटीक नियंत्रण की अनुमति देती है और इसका उपयोग 5 एनएम से कम व्यास वाले उच्च पहलू अनुपात SiNWs प्राप्त करने के लिए किया गया है।[15] SiNWs का स्व-सीमित ऑक्सीकरण लिथियम आयन बैटरी सामग्री के लिए महत्वपूर्ण है।

नैनोवायरों का अभिविन्यास

SiNWs के उन्मुखीकरण का सिस्टम के संरचनात्मक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर गहरा प्रभाव पड़ता है।[16] इस कारण से चुने गए अभिविन्यासों में नैनोवायरों के संरेखण के लिए कई प्रक्रियाएं प्रस्तावित की गई हैं। इसमें ध्रुवीय संरेखण, वैद्युतकणसंचलन, मिर्कोफ्लुइडिक विधियों और संपर्क मुद्रण में विद्युत क्षेत्रों का उपयोग शामिल है।

आउटलुक

SiNWs में उनके अद्वितीय गुणों और बड़ी सटीकता के साथ आकार और पहलू अनुपात को नियंत्रित करने की क्षमता के लिए महत्वपूर्ण रुचि है। अभी तक, बड़े पैमाने पर निर्माण में सीमाएं जांच किए गए अनुप्रयोगों की पूरी श्रृंखला में इस सामग्री के तेज होने में बाधा डालती हैं। संश्लेषण विधियों, ऑक्सीकरण कैनेटीक्स और SiNW सिस्टम के गुणों के संयुक्त अध्ययन का उद्देश्य वर्तमान सीमाओं को पार करना और SiNW सिस्टम के कार्यान्वयन की सुविधा प्रदान करना है, उदाहरण के लिए, चिकनी सतहों के साथ उच्च गुणवत्ता वाले वाष्प-तरल-ठोस-विकसित SiNW को 10% के साथ उलटा बढ़ाया जा सकता है। या अधिक लोचदार तनाव, सिलिकॉन की सैद्धांतिक लोचदार सीमा के करीब पहुंचकर, जो उभरते हुए "लोचदार तनाव इंजीनियरिंग" और लचीले बायो-/नैनो-इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए दरवाजे खोल सकता है।[17]


संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Liu, M.; Peng, J.; et al. (2016). "सिलिकॉन और टंगस्टन नैनोवायरों में स्व-सीमित ऑक्सीकरण का द्वि-आयामी मॉडलिंग". Theoretical and Applied Mechanics Letters. 6 (5): 195–199. arXiv:1911.08908. doi:10.1016/j.taml.2016.08.002.
  2. ↑ Yi, Cui; Charles M., Lieber (2001). "सिलिकॉन नैनोवायर बिल्डिंग ब्लॉक्स का उपयोग करके असेंबल किए गए कार्यात्मक नैनोस्केल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण". Science. 291 (5505): 851–853. Bibcode:2001Sci...291..851C. doi:10.1126/science.291.5505.851. PMID 11157160.
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Mikolajick, Thomas; Heinzig, Andre; Trommer, Jens; et al. (2013). "Silicon nanowires–a versatile technology platform". Physica Status Solidi RRL. 7 (10): 793–799. Bibcode:2013PSSRR...7..793M. doi:10.1002/pssr.201307247.
  4. ↑ Tsakalakos, L.; Balch, J.; Fronheiser, J.; Korevaar, B. (2007). "सिलिकॉन नैनोवायर सौर सेल". Applied Physics Letters. 91 (23): 233117. Bibcode:2007ApPhL..91w3117T. doi:10.1063/1.2821113.
  5. ↑ Yu, Peng; Wu, Jiang; Liu, Shenting; Xiong, Jie; Jagadish, Chennupati; Wang, Zhiming M. (2016-12-01). "कुशल सौर कोशिकाओं की दिशा में सिलिकॉन नैनोवायरों का डिजाइन और निर्माण" (PDF). Nano Today. 11 (6): 704–737. doi:10.1016/j.nantod.2016.10.001.
  6. ↑ Cui, Yi; Zhong, Zhaohui; Wang, Deli; Wang, Wayne U.; Lieber, Charles M. (2003). "High Performance Silicon Nanowire Field Effect Transistors". Nano Letters. 3 (2): 149–152. Bibcode:2003NanoL...3..149C. doi:10.1021/nl025875l.
  7. ↑ Tian, Bozhi; Xiaolin, Zheng; et al. (2007). "सौर कोशिकाओं और नैनोइलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्रोतों के रूप में समाक्षीय सिलिकॉन नैनोवायर". Nature. 449 (7164): 885–889. Bibcode:2007Natur.449..885T. doi:10.1038/nature06181. PMID 17943126. S2CID 2688078.
  8. ↑ Daniel, Shir; et al. (2006). "सिलिकॉन नैनोवायरों का ऑक्सीकरण". Journal of Vacuum Science & Technology. 24 (3): 1333–1336. Bibcode:2006JVSTB..24.1333S. doi:10.1116/1.2198847.
  9. ↑ Chan, C.; Peng, H.; et al. (2008). "सिलिकॉन नैनोवायरों का उपयोग करते हुए उच्च-प्रदर्शन लिथियम बैटरी एनोड". Nature Nanotechnology. 3 (1): 31–35. Bibcode:2008NatNa...3...31C. doi:10.1038/nnano.2007.411. PMID 18654447.
  10. ↑ Zhan, Tianzhuo; Yamato, Ryo; Hashimoto, Shuichiro; Tomita, Motohiro; Oba, Shunsuke; Himeda, Yuya; Mesaki, Kohei; Takezawa, Hiroki; Yokogawa, Ryo; Xu, Yibin; Matsukawa, Takashi; Ogura, Atsushi; Kamakura, Yoshinari; Watanabe, Takanobu (2018). "बिजली उत्पादन के लिए एक्सयूडेड थर्मल फील्ड का उपयोग करते हुए लघु प्लानर सी-नैनोवायर माइक्रो-थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर". Science and Technology of Advanced Materials. 19 (1): 443–453. Bibcode:2018STAdM..19..443Z. doi:10.1080/14686996.2018.1460177. PMC 5974757. PMID 29868148.
  11. ↑ Huang, Z.; Fang, H.; Zhu, J. (2007). "नियंत्रित व्यास, लंबाई और घनत्व के साथ सिलिकॉन नैनोवायर सरणियों का निर्माण". Advanced Materials. 19 (5): 744–748. doi:10.1002/adma.200600892.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 Shao, M.; Duo Duo Ma, D.; Lee, ST (2010). "Silicon nanowires–synthesis, properties, and applications". European Journal of Inorganic Chemistry. 2010 (27): 4264–4278. doi:10.1002/ejic.201000634.
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  14. ↑ Holmes, J.; Keith, P.; Johnston, R.; Doty, C. (2000). "समाधान-विकसित सिलिकॉन नैनोवायरों की मोटाई और अभिविन्यास का नियंत्रण". Science. 287 (5457): 1471–1473. Bibcode:2000Sci...287.1471H. doi:10.1126/science.287.5457.1471. PMID 10688792.
  15. ↑ Liu, H.I.; Biegelsen, D.K.; Ponce, F.A.; Johnson, N.M.; Pease, R.F.W. (1994). "Self-limiting oxidation for fabricating sub-5 nm silicon nanowires". Applied Physics Letters. 64 (11): 1383. Bibcode:1994ApPhL..64.1383L. doi:10.1063/1.111914.
  16. ↑ Justo, J.F.; Menezes, R.D.; Assali, L.V.C. (2007). "Stability and plasticity of silicon nanowires: The role of wire perimeter". Phys. Rev. B. 75 (4): 045303. arXiv:1307.3274. Bibcode:2007PhRvB..75d5303J. doi:10.1103/PhysRevB.75.045303. S2CID 118448214.
  17. ↑ Zhang, H.; Tersoff, J.; Xu, S.; et al. (2016). "सिलिकॉन नैनोवायरों में आदर्श लोचदार तनाव सीमा के निकट". Science Advances. 2 (8): e1501382. Bibcode:2016SciA....2E1382Z. doi:10.1126/sciadv.1501382. PMC 4988777. PMID 27540586.
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