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有读书笔记In[sub:_x_]Ga[sub:1-_x_]As Nanowires on Silicon: One-Dimensional Heterogeneous Epitaxy, Bandgap Engineering, and Photovoltaics

唐唐 添加于 2011-11-17 05:30 | 1845 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Shin JC, Kim KH, Yu KJ, Hu H, Yin L, Ning C-Z, Rogers JA, Zuo J-M, Li X

  •  摘 要

    We report on the one-dimensional (1D) heteroepitaxial growth of InxGa1-xAs (x = 0.2–1) nanowires (NWs) on silicon (Si) substrates over almost the entire composition range using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) without catalysts or masks. The epitaxial growth takes place spontaneously producing uniform, nontapered, high aspect ratio NW arrays with a density exceeding 1 × 108/cm2. NW diameter (?30–250 nm) is inversely proportional to the lattice mismatch between InxGa1-xAs and Si (?4–11%), and can be further tuned by MOCVD growth condition. Remarkably, no dislocations have been found in all composition InxGa1-xAs NWs, even though massive stacking faults and twin planes are present. Indium rich NWs show more zinc-blende and Ga-rich NWs exhibit dominantly wurtzite polytype, as confirmed by scanning transmission electron microscopy (STEM) and photoluminescence spectra. Solar cells fabricated using an n-type In0.3Ga0.7As NW array on a p-type Si(111) substrate with a ? 2.2% area coverage, operates ...

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Nano Letters
    • 期刊缩写: Nano Lett.
    • 期卷页: 2011年  第11卷 第11期 4831-4838页
    • ISBN: 1530-6984

  • 学科领域 工程技术 » 材料科学

  •  所属群组

    工程学综合  

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    复合半导体纳米线首次整合在硅晶圆上
    可用于生产优质高效且廉价的太阳能电池
     
    据美国物理学家组织网11月9日报道，美国科学家开发出一种新技术，首次成功地将复合半导 体纳米线整合在硅晶圆上，攻克了用这种半导体制造太阳能电池会遇到的晶格错位这一关键挑战。他们表示，这些细小的纳米线有望带来优质高效且廉价的太阳能电 池和其他电子设备。相关研究发表在《纳米快报》杂志上。
     
    Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体指元素周期表中的Ⅲ族与Ⅴ族元素结合生成的化合物半导体，主要包括镓 化砷、磷化铟和氮化镓等，其电子移动率远大于硅的电子移动率，因而在高速数字集成电路上的应用比硅半导体优越，有望用于研制将光变成电或相反的设备，比如 高端太阳能电池或激光器等。然而，它们无法与太阳能电池最常见的基座硅无缝整合在一起，因此，限制了它们的应用。
     
    每种晶体材料都有特定的原子间距——晶格常数（点阵常数），Ⅲ—Ⅴ族半导体在制造太阳能电 池的过程中遭遇的最大挑战一直是，这种半导体没有同硅一样的晶格常数，它们无法整齐地叠层堆积在一起。该研究的领导者、伊利诺伊大学电子和计算机工程教授 李秀玲（音译）解释道，当晶体点阵排列不整齐时，材料之间会出现错位。此前，科学家们一般将Ⅲ—Ⅴ族半导体沉积在一个覆盖有一层薄膜的硅晶圆上方，但晶格 失配会产生压力从而导致瑕疵，降低所得到设备的性能。
     
    而在最新研究中，科学家们摒弃了薄膜，让一个细小的、排列紧凑的Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体组成的纳米线阵列垂直在硅晶圆上生长。李秀玲表示：“这种纳米线几何图形通过使失配应变能真正通过侧壁消失，从而更好地摆脱了晶格匹配的限制。”
     
    科学家们发现了让不同铟、砷、镓组成的Ⅲ—Ⅴ族半导体生长所需要的不同环境。最新方法的优势在于，他们可以使用普通的生长技术而不需要特殊的方法让纳米线在硅晶圆上生长，也不需要使用金属催化剂。
     
    这种纳米线的几何形状能通过提供更高的光吸收效率和载荷子收集效率来增强太阳能电池的性能，其也比薄膜方法用到的材料更少，因此降低了成本。
     
    李秀玲相信，这种纳米线方法也能广泛地用于其他半导体上，使得其他因晶格失配而受阻的应用成为可能。其团队很快将展示优质高效的、基于纳米线的多结点串联太阳能电池。（来源：科技日报 刘霞）
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