程中,硅纳米线表面往往被氢或氧原子钝化。这些钝化纳米线结构一般呈现出稳定的半导体性质。体硅材料禁带宽度为1.12eV,是一种间接带隙半导体。对于钝化的纳米4,"Ⅲ{|∞饕||;饔万方数据第一苹绪论线,其电学性质不仅和所取晶向有关,还和它的尺寸大小,横截面形状等因素有关系。对于尺寸和截面形状差不多的硅纳米线,其能带带隙在各晶向的情况如下【20乏2】:《100>>E111’,E112’>《110>(1.1)对于同一晶向的硅纳米线,尺寸越小,其能带带隙越大[23】,如表1.1所示。这个现象主要归因于量子限制效应。即直径越小,纳米线中电子自由运动所受限制作用越大。与体硅材料的间接带隙相比,直径很小的硅纳米线大多为直接带隙【24】。然而,<112>晶向的硅纳米线在很小的尺寸下也能呈现间接带隙能带结构【25]。如图1—6所示,MaJl一Fai,Ng等人【26】发现:在<110>、<100>取向的硅纳米线中,能带会随着尺寸的减小,从间接带隙转换为直接带隙,这一临界直径对<110>、<100>取向的硅纳米线分别约为4.511rIl和3.9m。研刘22,26,27】指出,硅纳米线中能带和尺寸的关系可以用以下公式概括:硭黔=磋+cf,1/d)口(1.2)其中,E=为体硅的禁带宽度,d为纳米线的有效直径,倪和c是拟合参数,不同的计算方法这两参数的取值不同。尽管基于密度泛函理论(Densi够FunctionalTheo吼DFT)计算所得的能带低估了纳米线的禁带宽度,但是其所得的变化趋势和实验相一致。主。s瞵山'。l?i㈣蓊淤眵马妻图1—6硅纳米线能带特点和尺寸的关系,摘削26】表I.1不同尺寸下<110>方向硅纳米线电学性质参数的变化情况,Nsi、NH、D、L、E卧m。+、mh+分别表示硅原子的数目、氢原子的数目、纳米线的直径、优化后超胞的轴向长度、禁带宽度、电子有效质量、空穴有效质量5习万方数据
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