सिलिकॉन नैनोवायर

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सिलिकॉन नैनोवायर (नैनो-तार), जिसे एसआईएनडब्ल्यूएस के रूप में भी जाना जाता है, एक प्रकार का अर्ध-संचालक नैनोवायर है, जो प्रायः 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, ताप-वैद्युत और संवेदक में आशाजनक अनुप्रयोग हैं। सिलिकॉन नैनोवायर का प्रारंभिक संश्लेषण प्रायः तापीय ऑक्सीकरण चरणों के साथ परिशुद्ध रूप से अनुरूप आकार और आकृति विज्ञान की संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए होता है।[1]

सिलिकॉन नैनोवायर में अद्वितीय गुण होते हैं जो विस्तृत (त्रि-आयामी) सिलिकॉन पदार्थ 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 सिलिकॉन नैनोवायर को सबसे महत्वपूर्ण एक आयामी पदार्थों में से एक माना जाता है, क्योंकि वे जटिल और कीमती निर्माण सुविधाओं की आवश्यकता के बिना एकत्र किए गए नैनो-पैमाना इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मूलभूत अंग के रूप में कार्य कर सकते हैं।[2] प्रकाश-वोल्टीय, नैनोवायर बैटरी, ताप-वैद्युत और गैर-वाष्पशील स्मृति सहित अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन नैनोवायर का प्रायः 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 अद्वितीय भौतिक-रासायनिक विशेषताओं पर आकर्षित होते हैं, जो विस्तृत सिलिकॉन पदार्थ से भिन्न होते हैं।[1]

सिलिकॉन नैनोवायर आवेशित प्रग्रहण व्यवहार प्रदर्शित करते हैं जो प्रकाश-वोल्टीय, और प्रकाशिक उत्प्रेरक जैसे इलेक्ट्रॉन छिद्र पृथक्करण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में मानो की ऐसी प्रणालियों को प्रस्तुत करता है।[4] नैनोवायर सौर सेल पर हाल के प्रयोग से पिछले कुछ वर्षों में सिलिकॉन नैनोवायर सौर सेल की विद्युत रूपान्तरण क्षमता <1% से >17% तक उल्लेखनीय सुधार हुआ है।[5]

सिलिकॉन नैनोवायर के आवेशित प्रग्रहण व्यवहार और समायोजित करने योग्य सतह नियन्त्रित परिवहन गुण धातु-पृथक्कारी अर्धचालक और क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र के रूप में उपयोग की दिशा में रुचि के नैनो-संरचना की इस श्रेणी को प्रस्तुत करते हैं।[6] नैनोइलेक्ट्रॉनिक भंडारण उपकरणों के रूप में और अनुप्रयोगों के साथ,[7] फ्लैश मेमोरी में, प्रोग्रामेबल तर्क उपकरण के साथ-साथ रासायनिक और जैविक संवेदक।[3][8]

लिथियम आयनों की सिलिकॉन संरचनाओं में अंतर्संबंध (रसायन विज्ञान) की क्षमता लिथियम आयन बैटरी (एलआईबी) में एनोड के रूप में अनुप्रयोगों के प्रति रुचि के विभिन्न सिलिकॉननैनो-संरचना को प्रस्तुत करती है। सिलिकॉन नैनोवायर ऐसे एनोड्स के रूप में विशेष योग्यता के हैं क्योंकि वे संरचनात्मक अखंडता और विद्युत संयोजकता को बनाए रखते हुए महत्वपूर्ण लिथियमन से गुजरने की क्षमता प्रदर्शित करते हैं।[9]

सिलिकॉन नैनोवायर सक्षम ताप-विद्युत जनित्र हैं क्योंकि वे छोटे परिक्षेत्र के कारण कमतापीय चालकता के साथ उन्मादित सिलिकॉन के विस्तृत गुणों के कारण उच्च विद्युत चालकता को जोड़ते हैं।[10]


संश्लेषण

कई संश्लेषण विधियों को सिलिकॉन नैनोवायर के लिए जाना जाता है और इन्हें सामान्य रूप से उन विधियों में विभाजित किया जा सकता है जो विस्तृत सिलिकॉन से प्रारंभ होती हैं और नैनोवायरों को उत्पन्न करने के लिए पदार्थ को हटाती हैं, जिसे शीर्ष पाद 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। सामान्य रूप से शीर्ष पाद संश्लेषण माना जाता है।[3]


शीर्ष पाद संश्लेषण के तरीके

ये विधियाँ विस्तृत अग्रदूत से नैनो-संरचना का उत्पादन करने के लिए पदार्थ हटाने की तकनीक का उपयोग करती हैं

  • लेजर किरण-पुंज पृथक्करण[3]
  • आयन किरण-पुंज उत्कीर्णन [11]
  • तापीय वाष्पीकरण ऑक्साइड-समर्थित वृद्धि (ओएजी)[12]
  • धातु-सहायता प्राप्त रासायनिक उत्कीर्णन (एमएसीई)[13]


ऊर्ध्वगामी संश्लेषण के तरीके

  • वाष्प-तरल-ठोस विधि (वीएलएस) वृद्धि - एक प्रकार का उत्प्रेरित रासायनिक वाष्प संग्रह जो प्रायः सिलेन को सिलिकॉन अग्रदूत और सोने के नैनोकणों को उत्प्रेरक (या 'कण') के रूप में उपयोग करता है।[3]
  • आणविक किरण-पुंज अधिरोहण - प्लाज्मा वातावरण में प्रयुक्त भौतिक वाष्प संग्रह का एक रूप[12]
  • एक समाधान से अवक्षेपण - वीएलएस पद्धति का एक रूपांतर, जिसे उपयुक्त रूप से अति-तरल-ठोस (एसएफएलएस) नाम दिया गया है, जो वाष्प के अतिरिक्त सिलिकॉन 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 सिलिकॉन नैनोवायर इस विलयन में प्रदर्शित किए जाते हैं।[12][14]


तापीय ऑक्सीकरण

भौतिक या रासायनिक प्रसंस्करण के बाद, या तो ऊपर से नीचे या नीचे से ऊपर, प्रारंभिक सिलिकॉन नैनो-संरचना प्राप्त करने के लिए, वांछित आकार और स्वरूप अनुपात के साथ पदार्थ प्राप्त करने के लिए प्रायः तापीय ऑक्सीकरण चरणों को प्रयुक्त किया जाता है। सिलिकॉन नैनोवायर एक विशिष्ट और उपयोगी स्व-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 सिलिकॉन नैनोवायर में आयामों और स्वरूप अनुपातों के परिशुद्ध नियंत्रण की स्वीकृति देती है और इसका उपयोग 5 एनएम से कम व्यास वाले उच्च स्वरूप अनुपात सिलिकॉन नैनोवायर प्राप्त करने के लिए किया गया है।[15] सिलिकॉन नैनोवायर का स्व-सीमित ऑक्सीकरण लिथियम आयन बैटरी पदार्थ के लिए महत्वपूर्ण है।

नैनोवायरों का अभिविन्यास

सिलिकॉन नैनोवायर के उन्मुखीकरण का प्रणाली के संरचनात्मक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर गहन प्रभाव पड़ता है।[16] इस कारण से चयन किए गए अभिविन्यासों में नैनोवायरों के संरेखण के लिए कई प्रक्रियाएं प्रस्तावित की गई हैं। इसमें ध्रुवीय संरेखण, वैद्युतकणसंचलन, सूक्ष्म-द्रवीय विधियों और संपर्क मुद्रण में विद्युत क्षेत्रों का उपयोग सम्मिलित है।

दृष्टिकोण

सिलिकॉन नैनोवायर में उनके अद्वितीय गुणों और बड़ी परिशुद्धता के साथ आकार और स्वरूप 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 पदार्थ के तेज होने में प्रतिबंध करती हैं। संश्लेषण विधियों, ऑक्सीकरण गतिज और सिलिकॉन नैनोवायर प्रणाली के गुणों के संयुक्त अध्ययन का उद्देश्य वर्तमान सीमाओं को पार करना और सिलिकॉन नैनोवायर प्रणाली के कार्यान्वयन की सुविधा प्रदान करना है, उदाहरण के लिए, सामान्य सतहों के साथ उच्च गुणवत्ता वाले वाष्प-तरल-ठोस-विकसित सिलिकॉन नैनोवायर को 10% के साथ उत्क्रम बढ़ाया जा सकता है। या अधिक प्रत्यास्थ तनाव, सिलिकॉन की सैद्धांतिक प्रत्यास्थ सीमा के समीप पहुंचकर, जो प्रदर्शित हुए "प्रत्यास्थ तनाव अभियांत्रिक" और नम्य जैव-/नैनो-इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए द्वार 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.
  13. ↑ Huang, Zhipeng; Geyer, Nadine; Werner, Peter; Boor, Johannes de; Gösele, Ulrich (2011). "Metal-Assisted Chemical Etching of Silicon: A Review". Advanced Materials (in English). 23 (2): 285–308. doi:10.1002/adma.201001784. ISSN 1521-4095. PMID 20859941.
  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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