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oe1(光电查) - 科学论文

46 条数据
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  • 采用氟化铵金属辅助化学刻蚀法制备的硅纳米线阵列的结构与光学特性

    摘要： 我们在此报道了一种采用金属辅助化学蚀刻法制备硅纳米线（SiNWs）的工艺，其中成功用氟化铵（NH4F）替代了常用的氢氟酸（HF）。我们详细研究了蚀刻过程的机理以及H2O2:NH4F溶液pH值对纳米线结构和光学特性的影响。通过阻抗和Mott-Schottky测试表明，银辅助硅化学蚀刻可归因于电荷载流子通过Si/SiOx/Ag界面的传输增强。研究发现，随着pH值降低，纳米线形貌从锥形转变为垂直形。同时证实，在10分钟蚀刻时间内，SiNW阵列长度与pH值呈非线性关系。与晶体硅衬底（c-Si）相比，所有研究样品在波长<800 nm范围内的总反射率均显著降至5-10%。与此同时，SiNWs的带间光致发光强度和拉曼散射强度较c-Si值大幅增强，且这些特性既取决于SiNW的长度也与其形貌相关——长锥形纳米线表现出最显著的数值。这可通过SiNWs中强烈的光散射和部分光局域化效应来解释。因此，采用低毒氟化铵制备的SiNW阵列在光伏、光子学和传感器领域具有重要应用潜力。

    关键词： 硅纳米线、拉曼散射、阻抗、光致发光、全反射

    更新于2025-09-23 16:27:28

  • 用于干环境中高效无标记DNA杂交检测的晶圆级HfO<sub>2</sub>封装硅纳米线场效应晶体管

    摘要： 硅纳米线（SiNW）电荷型生物传感器因其紧凑结构和大的表面积体积比，在DNA检测应用中颇具吸引力。小特征尺寸、低成本、可重复性、高灵敏度和高选择性是生物传感器的关键要求。目前制造亚纳米级SiNW最常用的电子束工艺成本高且耗时。因此，我们提出一种高度可重复的CMOS工业级低成本工艺，在4英寸晶圆上制备基于SiNW的场效应晶体管。本文报道的60纳米宽SiNW采用侧壁转移光刻工艺制造——这是一种自对准双重图案化I线光刻工艺，该工艺还能用薄HfO2层封装SiNW表面，通过接枝DNA探针完成生物传感器制备。DNA杂交时，SiNW器件表现出超过生物处理所用盐溶液引入噪声的阈值电压偏移。具体而言，基于统计分析，我们证明85%的测试器件在DNA杂交后呈现正阈值电压偏移。这些有前景的结果为SiNW生物传感器与CMOS电路的单片集成铺平了道路，可实现能提供可靠实时电学读数的即时检测设备。

    关键词： HfO2钝化、硅纳米线杂化、硅纳米线、DNA传感、图案转移光刻、生物传感器

    更新于2025-09-24 01:19:54

  • 用于染料敏化太阳能电池的高效对电极的SiNW/C@Pt阵列

    摘要： 现代能源需求与环境可持续性的紧迫问题促使许多研究团队聚焦于新型纳米材料制成的能量生成装置。我们制备了铂纳米颗粒修饰的硅纳米线/碳核壳纳米材料（SiNW/C@Pt），其制备流程相对简单：通过湿法化学刻蚀形成硅纳米线（SiNWs），采用化学气相沉积构建碳壳层，再经滴涂法和热处理嵌入铂纳米颗粒（Pt NPs）。将该纳米材料作为对电极（CE）应用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）测试中?；诶馄缀蚗射线光电子能谱（XPS）的材料表征数据显示，SiNW/C@Pt展现出优良电催化剂的潜力——拉曼光谱表明铂纳米颗粒修饰增强了硅纳米线/碳的表面反应活性，同时证实碳壳层包含石墨相（sp2杂化）与缺陷相（sp3杂化）两种碳形态。使用该材料制备的对称虚拟电池与DSSC器件分别实现了0.025 Ω·cm2的最小电荷转移电阻和9.46%的最高转换效率。

    关键词： 核壳结构、缺陷碳、电催化活性、染料敏化太阳能电池（DSSCs）、对电极（CEs）、硅纳米线（SiNWs）

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 用于多光谱光电探测器的静电掺杂硅纳米线阵列

    摘要： 纳米线作为光探测器具有广阔的应用前景，其通过形貌调控吸收的卓越能力尤为突出。尽管光学吸收率较高，但由于传统掺杂方法难以制备浅结，这些纳米线光探测器的量子效率仍然较低。作为替代方案，我们报道了通过在硅纳米线阵列上共形包覆氧化铟层获得的非常规径向异质结光电二极管。氧化铟层具有高功函数，能在硅纳米线中诱导强反型并形成虚拟p-n结。由此产生的纳米线光探测器展现出高效的载流子分离与收集能力，使量子效率提升至0.2。此外，通过控制纳米线半径，In2O3/Si纳米线光探测器的光谱响应可在多个可见光波长范围内调控，从而形成多光谱探测器。该方法为开发高效波长选择性光探测器提供了新途径。

    关键词： 静电掺杂、纳米线光电探测器、多光谱、光传感器、硅纳米线、无掺杂、径向结

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 硅纳米线光学矩形波导（SNORW）的色散调控

    摘要： 本文通过将光限制在低折射率区域，对硅纳米线矩形光学波导（SNORW）进行了色散分析。色散工程是利用基于光子集成电路的波导实现线性与非线性光学器件的关键研究。本文通过调控SNORW的物理参数，展示了其在S、C和L波段呈现的独特色散特性。采用有限元法（FEM）进行模态研究与数值分析，结果表明SNORW结构可实现平坦且低负色散特性。本文还论证了通过调节SNORW的包层材料与结构参数来控制色散幅度与行为，从而获得平坦色散曲线的方法。

    关键词： 硅纳米线、光子集成电路、光波导、色散、硅光子学、光子结构、纳米光子学

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 模仿人类视觉系统的透明多光谱光电探测器

    摘要： 紧凑轻便的光电探测元件在新兴的增强现实、可穿戴及传感技术中发挥着关键作用。这些技术要求设备具备透明性，以在观察者与外界之间形成光学界面。因此，在透明基底上直接构建人眼不可见的探测平台具有重要价值。半导体纳米线（NWs）因其光学共振特性能够解析光携带的多维信息，成为理想的光电探测器。但遗憾的是，这种光学共振也会引发强烈的非预期光散射。本研究展示了如何利用阵列化硅纳米线间辐射耦合产生的新型光学共振，在实现光谱偏振探测的同时消除介质界面的反射。所提出的透明探测器概念为以透明基底为基础的光电器件和原位光学测量系统开辟了广阔前景。

    关键词： 增强现实、可穿戴技术、透明光电探测器、硅纳米线、光谱偏振检测

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 用于光伏器件内光捕获的纹理化电极、折射率匹配层及纳米结构材料的开发

    摘要： 为降低能量采集成本，人们已付出诸多努力以薄膜太阳能电池替代晶硅太阳能电池。薄膜光伏器件的设备效率亟待提升。目前表面织构化光捕获技术已被用于提高光伏器件效率。本文通过实验证明：作为透明导电氧化物（TCO）电极的表面织构化氢化ZnO:Al薄膜及太阳能电池中的纳米结构材料，能改善镀TCO玻璃基板的减反射特性。这些表面会使入射光在太阳能电池有源层内发生散射，织构化与纳米结构表面的光散射作用增加了光在有源层内的平均光程，从而提升吸收系数。采用织构化TCO层制备的非晶硅太阳能电池显示出效率提升。氮化硅薄膜作为玻璃与TCO间的折射率匹配层使用时，透射率有所提高。通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法生长硅纳米线用于太阳能电池应用，金属（铟）纳米颗粒则用于实现电池内部等离子体光捕获。研究发现织构化TCO、折射率匹配层及等离子体纳米颗粒技术能提升器件效率，而基于纳米线的器件仍需进一步优化以获得更高效率。

    关键词： 等离激元光捕获、纳米颗粒、薄膜太阳能电池、表面织构化、硅纳米线

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过银辅助化学蚀刻制备的低反射率分级纹理硅，有望应用于太阳能电池

    摘要： 本研究报道了在微纹理硅基底上制备硅纳米线的方法。采用银辅助无电化学蚀刻工艺制备纳米线，并通过扫描电子显微镜研究了氢氟酸浓度对形成动力学的影响。这种分级二元结构能将宽光谱范围（300-1100 nm）的太阳加权反射率（SWR）从抛光硅的无涂层状态（38%）降至<3%。实现如此低的反射率仅需<1 μm长度的纳米线。研究发现，在较低氢氟酸浓度下，纳米线优先沿<100>晶向生长；而随着浓度升高，在相同尺寸的微金字塔上同时发生<100>和非<100>（如<111>）晶向的蚀刻，最终形成三维微金字塔表面带有倾斜硅纳米线的二元结构。

    关键词： 纳米线、微金字塔、化学蚀刻、反射率、硅纳米线

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 碳@碲纳米结构锚定于硅纳米线骨架上，实现前所未有的液体结太阳能电池性能

    摘要： 硅纳米线（SiNW）阵列提供了诸多令人振奋的应用前景，既能通过最大化太阳光谱利用率来提升高性能液结太阳能电池（LJSCs）的性能，又有望在未来成为微型超级电容器。与先前报道的采用Pt或Au等电子导电纳米颗粒实现高效能的硅基LJSC研究形成鲜明对比，本研究致力于将成本较低、具有空穴传导性和光响应性的碳包覆碲纳米棒（C@TeNRs）锚定在SiNW上，以追求卓越的太阳能电池性能。采用SiNWs/Br?、Br2/碳布结构的硅纳米线液结太阳能电池（对照电池）实现了4.8%的功率转换效率（PCE）。进一步通过电泳法沿SiNW长度方向锚定C@TeNRs后，基于C@TeNRs@SiNWs/Br?、Br2/碳布的液结太阳能电池获得了约11.6%的PCE。该电池中C@Te的多功能性得以凸显：（1）C@Te的p型（空穴）传导特性通过快速收集SiNW中的空穴实现高效电荷分离（并抑制复合）；（2）C@TeNRs本身具有光响应性可增强光吸收；（3）碳包覆层能防止酸性电解质对SiNW和碲核的化学腐蚀及光氧化，从而延长电池使用寿命。该液结太阳能电池还可作为高效独立储能器件，在1 mA cm?2电流密度下展现出1605 μF cm?2的优异面比电容。本研究揭示了C@TeNRs对调控硅基液结太阳能电池性能的关键作用。

    关键词： 碲纳米棒、太阳能电池、液结、高效率、硅纳米线

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 由自对准硅纳米线电极寻址的锗量子点红外光电探测器

    摘要： 以自对准外延硅纳米线（SiNWs）为电极的锗量子点（GeQDs），是能集成到硅光电子器件中用于1550纳米波长探测的最基本、最小单元。本研究基于非晶硅（a-Si）/非晶锗（a-Ge）双层膜在300℃下的低温自凝聚工艺，制备了由自对准硅纳米线电极调控的单个GeQD光电探测器。该探测器对通信波段信号展现出1.5 mA/W的响应度和超过102的光电导增益，这得益于有利的II型锗/硅能带排列、梯度锗/硅外延过渡结构以及较大的量子点/纳米线直径比。重要的是，这种异质GeQD/SiNW光电探测器可精准部署于预设位置以实现可扩展器件制备。这些成果为批量制造并集成GeQD用于超紧凑型硅兼容光电探测与成像应用提供了新途径。

    关键词： 锗量子点、自凝聚、光电探测器、硅纳米线

    更新于2025-09-12 10:27:22