Ιδιότητες νανοκαλωδίων που έχουν ως βάση το πυρίτιο

Abstract

Τα νανοκαλώδια είναι νανοδιατάξεις ατόμων που έχουν εντυπωσιακή αναλογία μήκους-πάχους καθώς μπορούν να είναι εξαιρετικά λεπτά. Μελέτες έχουν δείξει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές εφαρμογές όπως φωτοβολταΪκές πλάκες, στην κατασκευή νανοτρανζίστορ, σε θερμοηλεκτρικά στοιχεία κ.ά. Χρησιμοποιήσαμε υπολογισμούς από πρώτες αρχές για να προσδιορίσουμε τις πιο σταθερές γεωμετρίες νανοκαλωδίων SiGe, των οποίων ο κατά μήκος άξονας βρίσκεται κατά την κρυσταλλική κατεύθυνση [111]. Το σχήμα αυτών των νανοκαλωδίων προσδιορίστηκε μέσω της μεθόδου της κατασκευής Wulff. Μέσω της υδρογονοποίησης των επιφανειακών ακόρεστων δεσμών, οι χημικές αντιδράσεις με τα άτομα υδρογόνου εμφανίζουν τις διαδικασίες της αφαίρεσης και διάχυσης επηρεάζοντας άμεσα το σχήμα των νανοκαλωδίων. Επιπλέον, διερευνήσαμε την εξάρτηση της σταθερότητας των δομών από την κατανομή των ατόμων γερμανίου. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι είναι ενεργειακά προτιμητέο για τα άτομα γερμανίου να τοποθετηθούν στην επιφάνεια και η ανακατανομή αυτών των ατόμων επιδρά άμεσα στις ηλεκτρονικές ιδιότητες του νανοκαλωδίου. Ένας τρόπος να επηρεάσουμε αυτήν την ανακατανομή είναι η υδρογονοποίηση, καθώς η αδρανοποίηση της επιφάνειας με άτομα υδρογόνου εξαναγκάζει τα επιφανειακά άτομα γερμανίου να μετατοπιστούν σε υποεπιφανειακές θέσεις ή κοντά στο κέντρο του νανοκαλωδίου.

Nanowires are nano-structures with an outstanding length-to-width ratio as they can be ultrathin. Research has shown that they can be used in many applications such as photovoltaic panels, development of nanotranzistors, thermoelectric components, etc. We have used ab initio calculations to identify the most stable geometries of SiGe nanowires whose long axis is the crystalline [111] direction. The shape of these nanowires was determined using the method of Wulff construction. Upon hydrogenation of surface dangling bonds, chemical reactions with hydrogen atoms introduce the processes of etching and diffusion, resulting in the alteration of the equilibrium shape. Furthermore, we probed the dependence of nanowire stability on the distribution profile for Ge atoms. The calculations showed that it is energetically favorable for Ge atoms to aggregate at the surface and the re-distribution of these atoms affects the electronic properties of the nanowire. One way to control redistribution is hydrogenation as surface passivation with H atoms forces the Ge atoms of the nanowire facets to move into subsurface positions or towards the core of the nanowire.