一维纳米电子技术
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天津武清
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作者彭英才，王英龙 编著
出版社化学工业出版社
ISBN9787122248459
出版时间2016-01
装帧平装
开本16开
定价68元
货号23837465
上书时间2024-12-18
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前言
发端于20世纪末的纳米科学技术，历经20年的蓬勃发展，已经取得了令世人瞩目的成就。如同20世纪60年代崛起的信息科学技术一样，纳米科学与技术不仅有力地促进了当代科学技术的迅速发展，而且正在深刻地改变着人们的社会生活面貌。毫无疑问，随着时间的不断推移，它对科技进步和社会变革所产生的深远影响将会进一步凸显出来。
我们知道，当材料体系的尺寸进入纳米量级以后，会呈现出许多相异于体材料的新颖电学、光学、化学、力学与磁学性质，这使得它们在电子、光电子、数据存储、通信、生物、医学、能源、交通与国家安全等领域具有潜在的重要价值。发展纳米科学技术的目的，就是通过对纳米尺度物质的操纵，获得具有各类物理与化学功能的材料、器件、装置与系统，并使其造福于人类。
纳米电子学或纳米电子技术是纳米科学技术的一个重要侧面，旨在研究各类纳米结构与材料的制备方法、物理与化学性质及其在各种纳米器件中的应用。这些器件主要包括以单电子器件、量子点器件、单光子器件等为主的低维量子器件。而一维纳米电子技术则是研究各类一维纳米材料与结构，如纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管的制备生长及其在纳米电子器件与纳米光电子器件中应用。这些器件主要包括：纳米线场效应器件、纳米线场发射器件、纳米线传感器件、纳米线发光器件以及纳米线光伏器件等。
我国的纳米科学技术是与国际同步发展起来的。我国政府与科技界，从一开始就充分认识到发展纳米科学技术的重
要性，相继启动了多项与纳米技术相关的重大研究计划，并取得了具有国际领先水平的原创性成果。但是，由于整体实力还较弱，因此在纳米电子技术研究方面与世界先进水平相比仍有较大差距。
为了提升我国在一维纳米电子技术方面的研究与发展水平，我们依据自己近年在这方面的一些研究成果，并参考了国内外新文献编写了此书。全书共由10章组成：第1章简要介绍了纳米线的研究兴起、材料类型和器件应用；第2章主要介绍了基于金属催化的纳米线气相沉积生长和基于模板的纳米线溶液合成；第3章从动力学和热力学角度出发，分析并讨论了纳米线的生长与合成机制；第4章主要介绍了各类纳米线的形貌特征与可控生长；第5章主要介绍了Si、Ge、GaN、ZnO及TiO2纳米线的电子性质；第6~10章分门别类地介绍了各种纳米线器件的工作原理与器件性能，如纳米线场效应器件、纳米线场发射器件、纳米线化学传感器、纳米线发光器件以及纳米线太阳电池等。
碳纳米管也是一类重要的一维纳米材料。鉴于它的制备方法与器件应用的研究已有专门书籍进行了具体介绍，本书将不再涉及与讨论。
由于时间紧迫，书中不妥之处在所难免，恳请同行、专家批评指正。
编著者
2015年5月
导语摘要
一维纳米电子技术是纳米科学技术中的重要分支，其在电子、光电子、数据存储、通信、生物、医学、能源、交通与国家安全等领域有重要应用价值，具有很好的发展前景。本书全面、系统地介绍了各种纳米线的制备方法，纳米线的生长机制，纳米线的形貌特征与可控生长，纳米线的电子性质，以及纳米线场效应器件、 纳米线场发射器件、纳米线传感器件、纳米线发光器件、纳米线光伏器件、纳米线太阳电池等*应用技术、现状及其研究进展。本书可供从事纳米科学技术领域研究与开发的科技工作者，以及纳米半导体技术、纳米光电子技术和光伏器件制作的科技工作者和技术人员参考，同时可作为高等学校相关专业教师、研究生和本科生的教学参考用书。
目录
第1章绪论1
1.1纳米线的研究兴起1
1.2纳米线的材料类型2
1.3纳米线的器件应用4
参考文献5
第2章纳米线的制备方法7
2.1纳米线的气相生长法7
2.1.1纳米线的金属催化VLS生长7
2.1.2纳米线的金属催化VS生长10
2.2纳米线的溶液合成法13
2.2.1基于模板的溶液合成13
2.2.2无模板的溶液合成16
2.3纳米线的固相生长法18
2.3.1纳米线的氧化物辅助生长18
2.3.2纳米线的SLS生长19
2.4纳米线的宏量制备方法20
2.4.1热丝化学气相沉积法20
2.4.2超临界流体法21
2.4.3等离子体直接氧化法22
参考文献22
第3章纳米线的生长机制24
3.1纳米线的金属催化VLS生长过程24
3.2纳米线的VLS生长热力学25
3.2.1VLS生长中的过饱和现象25
3.2.2从金属合金液滴成核26
3.2.3过饱和极限的热力学估计27
3.2.4典型二元系统的相图28
3.2.5纳米线生长中的界面能作用29
3.3纳米线的VLS生长动力学30
3.3.1VLS平衡动力学描述30
3.3.2直接碰撞在生长动力学中的作用31
3.3.3表面扩散在生长动力学中的作用33
3.3.4表面扩散在金属液滴中的作用34
参考文献35
第4章纳米线的形貌特征与可控生长36
4.1纳米线形貌特征与生长工艺之间相关性的唯象描述36
4.1.1金属催化剂的影响36
4.1.2生长速率的影响37
4.1.3环境气压的影响38
4.2具有各种形貌特征的纳米线39
4.2.1垂直排列纳米线39
4.2.2交叉网络纳米线39
4.2.3絮状缠绕纳米线41
4.2.4分支分叉纳米线42
4.3纳米线的可控生长43
4.3.1纳米线生长方向的控制44
4.3.2纳米线生长直径的控制45
4.3.3纳米线生长长度的控制46
4.3.4纳米线生长形貌的控制47
参考文献48
第5章纳米线的电子性质51
5.1纳米线中的电子状态51
5.1.1矩形截面纳米线的电子能量51
5.1.2圆形截面纳米线的电子能量52
5.1.3纳米线的态密度52
5.2电子结构的性原理计算54
5.2.1性原理的计算优势54
5.2.2性原理的计算方法54
5.3Si纳米线的电子性质55
5.3.1单晶Si纳米线的电子性质55
5.3.2H原子饱和Si纳米线的电子性质56
5.3.3价键弛豫Si纳米线的电子性质57
5.4Ge纳米线的电子性质58
5.4.1单晶Ge纳米线的电子性质58
5.4.2应变调制Ge纳米线的电子结构60
5.4.3Ge(112)纳米线的电子性质61
5.5GaN纳米线的电子性质62
5.5.1(0001)GaN纳米线的电子性质62
5.5.2具有Ga和N空位GaN纳米线的电子性质63
5.5.3H原子终端(0001)GaN纳米线的电子性质66
5.6ZnO纳米线的电子性质66
5.6.1ZnO纳米线与纳米管的电子性质66
5.6.2掺杂ZnO纳米线的电子性质67
5.6.3具有O空位ZnO纳米线的电子性质69
5.7TiO2纳米线的电子性质70
参考文献71
第6章纳米线场效应器件73
6.1NWFET中的载流子输运73
6.1.1NWFET的场效应迁移率73
6.1.2NWFET的单电子输运75
6.1.3NWFET的噪声特性77
6.2NWFET的工作原理79
6.2.1NWFET的性能特点79
6.2.2NWFET的沟道电势分布79
6.2.3NWFET的亚阈值斜率80
6.3NWFET的转移特性81
6.3.1场效应晶体管的转移特性81
6.3.2隧穿NWFET的转移特性82
6.3.3多栅NWFET的转移特性85
6.3.4肖特基势垒NWFET的转移特性87
6.4NWFET的器件应用89
6.4.1NWFET存储器89
6.4.2NWFET探测器90
6.4.3NWFET传感器92
6.5SiNWFET的器件集成93
参考文献94
第7章纳米线场发射器件97
7.1场发射的基本原理97
7.1.1场发射电子源97
7.1.2场发射电流98
7.1.3电子发射的功函数98
7.2Si与Si化物纳米线的场发射特性99
7.2.1Si纳米线的场发射99
7.2.2Si化物纳米线的场发射102
7.3ZnO与GaN纳米线的场发射特性105
7.3.1ZnO纳米线的场发射105
7.3.2GaN纳米线的场发射108
7.4金属与金属氧化物纳米线的场发射特性109
7.4.1金属纳米线的场发射109
7.4.2金属氧化物纳米线的场发射112
参考文献116
第8章纳米线传感器件120
8.1纳米线传感器的灵敏度120
8.2纳米线化学传感器122
8.2.1纳米线H2传感器122
8.2.2纳米线O2传感器126
8.2.3纳米线CO传感器128
8.2.4纳米线NO2传感器129
8.2.5纳米线其他化学传感器132
8.3纳米线生物传感器135
8.3.1Si纳米线DNA传感器135
8.3.2纳米线病毒传感器135
8.3.3纳米线其他生物传感器136
参考文献137
第9章纳米线发光器件141
9.1光学区域的电磁波谱141
9.2LED的工作原理与性能参数142
9.2.1LED的工作原理142
9.2.2LED的特性参数143
9.3GaN和ZnO材料的物理性质145
9.3.1GaN的物理性质145
9.3.2ZnO的物理性质145
9.4InGaN/GaN纳米线发光器件146
9.4.1InGaN/GaN纳米线白光LED146
9.4.2InGaN/GaN纳米线绿光LED148
9.4.3InGaN/GaN纳米线蓝紫光LED149
9.4.4GaN纳米线激光器150
9.5ZnO纳米线发光器件152
9.5.1ZnO纳米线LED152
9.5.2ZnO纳米线激光器155
9.5.3ZnO纳米线光探测器155
9.6GaAs纳米线发光器件157
参考文献157
第10章纳米线光伏器件161
10.1太阳电池的光伏参数161
10.1.1短路电流密度162
10.1.2开路电压162
10.1.3填充因子162
10.1.4转换效率162
10.1.5载流子收集效率163
10.2纳米线的光伏特性163
10.2.1高效能量转换性能163
10.2.2低反射率特性163
10.2.3直线电子输运性质164
10.3Si纳米线太阳电池164
10.3.1Si纳米线的低反射率特性164
10.3.2Si纳米线径向pn结太阳电池165
10.3.3大面积Si纳米线pn结太阳电池168
10.3.4Si纳米线/聚合物混合太阳电池170
10.3.5Si纳米线/肖特基结太阳电池172
10.4ZnO纳米线太阳电池173
10.4.1ZnO纳米线混合异质结太阳电池173
10.4.2ZnO纳米线染料敏化太阳电池175
10.5TiO2纳米线染料敏化太阳电池178
10.5.1有序单晶TiO2纳米线染料敏化太阳电池178
10.5.2复合结构TiO2纳米线染料敏化太阳电池180
10.6InP纳米线太阳电池182
参考文献183
中英文名词对照表187
内容摘要
一维纳米电子技术是纳米科学技术中的重要分支，其在电子、光电子、数据存储、通信、生物、医学、能源、交通与国家安全等领域有重要应用价值，具有很好的发展前景。
本书全面、系统地介绍了各种纳米线的制备方法，纳米线的生长机制，纳米线的形貌特征与可控生长，纳米线的电子性质，以及纳米线场效应器件、 纳米线场发射器件、纳米线传感器件、纳米线发光器件、纳米线光伏器件、纳米线太阳电池等*应用技术、现状及其研究进展。
本书可供从事纳米科学技术领域研究与开发的科技工作者，以及纳米半导体技术、纳米光电子技术和光伏器件制作的科技工作者和技术人员参考，同时可作为高等学校相关专业教师、研究生和本科生的教学参考用书。
主编推荐
当材料体系的尺寸进入纳米量级以后，会呈现出许多相异于体材料的新颖电学、光学、化学、力学与磁学性质，这使得它们在电子、光电子、数据存储、通信、生物、医学、能源、交通与国家安全等领域具有潜在的重要应用。一维纳米电子技术就是纳米科学技术中的重要分支，其在电子、光电子、数据存储、通信、生物、医学、能源、交通与国家安全等领域有重要应用价值，具有很好的发展前景。本书是目前国内一本全面介绍一维纳米电子技术的专著！
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