Silizium-Nanodraht

Als Silicium-Nanodraht ( englisch Silizium – Nanodraht ) Wird massive Silicon Texture mit Einem Durchmesser im Nanobereich bezeichnet, für Anwendungen in der Die Mikroelektronik und die Akkutechnik geeignet Sind. Da verrät Durchmesser Sie nach einerwendung wenige Nanometer, und sie wundert sich Hunter Nanometern. Die Länge des Draht übersteigt der Durchmesser und Deutlich unterscheidet sich je nach anwendung stark. Obwohl Nanodrähte per Definition EINES maxi Vorlage Durchmesser von 100 Nanometer aufweisen, Wird Auch silizium Nanodrähte mit Einem Durchmesser von mehr als 100 Nanometer oft als Nanodraht bezeichnet. [1] Draht mit Durchmessern im Mikrometerbereich Wird hingegen als Whisker bezeichnet.

Herstellung

Die Grundlagen werden zwischen zwei Grundlegenden Prinzipien unterschieden: Top-Down und Bottom-Up .

Beim Top-Down-Ansatz wurden die Drähten aus einem massiven Silizium-Stück geätzt . [1] Als Rohstoff wird Rote Bete „einkristalliner“ Silizium-Wafer genannt . Es Wafer Wird ein den Stellen, ein Denen am Ende keine Draht Stehen Sollen mit Einem Übergang Metall als Katalysator beschichtet. Anschliessend wird der Wafer mit Flusslösung stromlos geätzt. Ätzverfahren wurden in Anwendungen der Mikroelektronik verwöhnt.

Beim Bottom-Up-Ansatz liest Silizium-Nanodrähte auf einem Substrat. [2] Dazu Wurde ein Spezieller Chemische Gasphasenabscheidungs -Verfahren angewandt, siehe VLS-Mechanismus . Als Katalysator dient Goldparticle . Als Gold zu unerwünschtem Effekt führt, ist sein VLS-Mechanismus für Mikroelektronik ungeeignet.

Abgrenzungen

Silizium-Nanodraht ist lediglichine geometrische Form von Silizium. Ist unterscheidet sich in Wadenfänger Kristall Struktur und Seinen Eigenschaften nicht von gewöhnlichem einkristallinen oder amorphen Silizium. Durch die gerungenen Bewertungen kann man aber zu Quanteneffekter kommen. Dies gilt für alle Festkörper mit sehr guten Abmessungen. Nanoröhren aus Silizium sind ein Allotrop des Siliciums und Weisen grundlegend anderen Eigenschaften auf. So ist Silizium halbblend, während Silizium-Nanoröhren metallische Leitfähigkeiten besitzen können.

Sowohl Silizium-Nanodraht Als Auch nanoporöses Silizium can Durch Flusssäure-Ätzung von einkristallinem Silicium Hergestellt Werden.

  • Beim nanoporösem Silicium wird durch elektrische Äste verlängert.
  • Bei Silizium-Nanodraht wird durch Katalysatorgestütztes, nicht-elektrisches Äquivalent der Festkörper so geätzt, dass nur die Drähten stehen bleiben.

Anwendungen

Mikroelektronik

In der Microelectronics werden die Nanotechnologie für spezielle schädliche Silizium-Bahnen im Bereich Werniger Verwaltung, verwantete Quantenteffecten auftreten. Diese Nanodrähte parallel zu Zum Substrat. Wenn Beispiel sind:

  • Silizium-Nanodraht als Gate wirbelt Source und Drain in Single Felde-Effekt-Transistor .
  • Als (Bio) Sensor, Spezial durch Funktionalisierung der Oberfläche.

Anode im Lithium-Ionen-Akku

Silikon ist als Sprecher Elektroden-Material für Anoden im Lithium-Ionen-Akkumulator gültig . Theoretisch lackiertes Silizium mit 4200 mAh / g über die heißeste spezifische Kapazität aller Materialien. [1] Im Siliciumkristall can mehr Lithium – Ionen eingelagert Wird als in reinem Lithium Metal. [3] Beim Aufladen des Akkus hat ein Lithium-Ion im Kristall der Anilin-Anode, was es möglich macht, bis zu 300% der Sonneneinstrahlung zu erreichen. [1] Diese Größenänderung verteidigt den Silizium-Festivaler Strong und fürchtet den schnellen Abbaudort Anode Durch den Einsatz von Silizium-Nanodraht lässt sich die Lebensdauer einer Silizium-Anode deutlich erhöhen, da Draht sich ausdehnt kann, ohne dabei zu stören. Ein Feld aus Silizium-Nanodraht wird hier zum Beispiel angezeigt. Silicon-Nanodraht-Anoden besitzt mehr als 10-fach höhere Kapazität als herkömmliche Graphit-Elektroden. [2] Dies muss aber nicht der Faktor 10 sein, wenn Kathode und ElektrolytEbenfalls großen Einfluss auf die Akku-Eigenschaften haben. Die Lebensdauer der Anode wird durch Silizium-Nanodraht erhöht, das Problem der Degradation ist aber noch nicht vollständig gelöst. Geschützte Nanodraht-Anoden sind ein möglicher Ansatz für lebenswerte Lebenszyklen. Nanoporöse Silikon- und Silizium-Nanoröhren Sind weitere Alternativen zum Anodenmaterial.

Sonstige Anwendungen

Forscher haben superhydrophobe Oberflächen auf Basis von Silizium-Nanodrähten entwickelt. [4] DaZu Liess sterben Scientists Nanodrähte auf geätzten Pyramide im Mikrometerbereich aufwachsen. Der einzige Solare Nanostruktur-Auf-Mikrostruktur-Ansatz fand viel Lotus-Effekt . Die sogenannte Struktur wurde durch hydrophobiert. Dies ist der Ort, um Unbenetzbarkeit zu vervollständigen.

Einzelstunden

  1. ↑ hochspringen nach:a d Rui Huang Jing Zhu: Silizium – Nanodraht – Array Filme als erweiterte Anodenmaterialien für Lithium-Ionen – Batterien in: Materials Chemistry and Physics Band 121, Ausgabe 3, 2010, S. 519-522, doi: 10.1016 /j.matchemphys.2010.02.017 .
  2. ↑ Hochspringen nach:a b Candace K. ua: Hochleistungs-Lithium-Batterie-Anoden mit Silizium-Nanodrähten . In: Natur Nanotechnologie . Band 3, Nein. 1, Januar 2008, S. 31-35, doi : 10.1038 / nnano.2007.411 .
  3. Hochspringen↑ Brian J. Landi, Matthew J. Ganter, Cory D. Cress, Roberta A. DiLeo, Ryne P. Raffaelle: Kohlenstoff – Nanoröhrchen für Lithium – Ionen – Batterien . In: Energie- und Umweltwissenschaften . Band 2, Nein. 6, 2. Juni 2009, S. 638-654, doi : 10.1039 / B904116H .
  4. Hochspringen↑ Xiaocheng Li Beng Kang Tay, Philippe Miele, Arnaud Brioude, David Cornu: Herstellung von Silizium – Pyramide / Nanodraht binäre Struktur mit superhydrophoben . In: Angewandte Oberflächenwissenschaft . Band 255, Nein. 16, 30. Mai 2009, S. 7147-7152, doi : 10.1016 / j.apsusc.2009.03.047 .

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