Forståelse af de mekaniske egenskaber ved siliciumnanotråde baner vej for nanoenheder

Silicium nanotråde tiltrækker betydelig opmærksomhed fra elektronikindustrien på grund af drevet efter stadigt mindre elektroniske enheder, fra mobiltelefoner til computere. Driften af ​​disse fremtidige enheder, og en bred vifte af yderligere applikationer, vil afhænge af de mekaniske egenskaber af disse nanotråde. Ny forskning fra North Carolina State University viser, at silicium nanotråde er langt mere modstandsdygtige end deres større modstykker, et fund, der kunne bane vejen for mindre, mere robust nanoelektronik, nanosensorer, lysemitterende dioder og andre applikationer.

Det er ingen overraskelse, at de mekaniske egenskaber af silicium nanotråde er forskellige fra "bulk" - eller almindelig størrelse - siliciummaterialer, fordi når diameteren af ​​ledningerne falder, der er et stigende overflade-til-volumen-forhold. Desværre, eksperimentelle resultater rapporteret i litteraturen om egenskaberne af silicium nanotråde har rapporteret modstridende resultater. Så NC State-forskerne satte sig for at kvantificere materialets elastiske egenskaber og brudegenskaber.

"Mainstream halvlederindustrien er bygget på silicium, " siger Dr. Yong Zhu, assisterende professor i maskinteknik ved NC State og ledende forsker på dette projekt. "Disse ledninger er byggestenene til fremtidens nanoelektronik." Til denne undersøgelse, forskere satte sig for at bestemme, hvor meget misbrug disse silicium nanotråde kan tåle. Hvordan deformeres de - hvilket betyder, hvor meget kan du strække eller vride materialet, før det går i stykker? Og hvor meget kraft kan de modstå, før de brækker eller revner? Forskerne fokuserede på nanotråde lavet ved hjælp af damp-væske-fast synteseprocessen, som er en almindelig måde at producere silicium nanotråde på.

Zhu og hans team målte nanotrådsegenskaberne ved hjælp af in-situ træktest inde i scanningselektronmikroskopi. En nanomanipulator blev brugt som aktuator og en mikro-cantilever brugt som belastningssensor. "Vores eksperimentelle metode er direkte, men enkel, " siger Qingquan Qin, en ph.d. studerende ved NC State og medforfatter til papiret. "Denne metode giver realtidsobservation af nanotrådsdeformation og brud, samtidig med at der gives kvantitative stress- og belastningsdata. Metoden er meget effektiv, så et stort antal prøver kan testes inden for en rimelig tidsperiode."

Det viser sig, silicium nanotråde deformeres på en meget anderledes måde end bulk silicium. "Bulksilicium er meget skørt og har begrænset deformerbarhed, hvilket betyder, at det ikke kan strækkes eller vrides meget uden at gå i stykker." siger Feng Xu, en ph.d. studerende ved NC state og medforfatter af papiret, "Men silicium nanotrådene er mere modstandsdygtige, og kan tåle meget større deformation. Andre egenskaber ved silicium nanotråde inkluderer øget brudstyrke og faldende elasticitetsmodul, efterhånden som nanotråden bliver mindre og mindre."

Det faktum, at silicium nanotråde har mere deformerbarhed og styrke, er en stor sag. "Disse egenskaber er afgørende for designet og pålideligheden af ​​nye silicium nanoenheder, " siger Zhu. "Indsigten opnået fra denne undersøgelse fremmer ikke kun grundlæggende forståelse om størrelseseffekter på mekaniske egenskaber af nanostrukturer, men giver også designere flere muligheder i at designe nanoenheder lige fra nanosensorer til nanoelektronik til nanostrukturerede solceller."

Mere information: Studiet, "Mekaniske egenskaber af damp-væske-fast syntetiseret silicium nanotråde, "blev medforfatter af Zhu, Xu, Qin, University of Michigan (UM) forsker Wei Lu og UM Ph.D. studerende Wayne Fung. Undersøgelsen er offentliggjort i 11. november-udgaven af Nano bogstaver .

Kilde:North Carolina State University (nyheder:web)