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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

3.2.1 VLS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

3.3.1 VLS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 电子结构的第一性原理计算 54

5.2.1 第一性原理的计算优势 54

5.2.2 第一性原理的计算方法 54

5.3 Si纳米线的电子性质 55

5.3.1 单晶Si纳米线的电子性质 55

5.3.2 H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

5.4 Ge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

5.4.3 Ge（112）纳米线的电子性质 61

5.5 GaN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

5.5.3 H原子终端（0001）GaN纳米线的电子性质 66

5.6 ZnO纳米线的电子性质 66

5.6.1 ZnO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

5.7 TiO2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

6.1 NWFET中的载流子输运 73

6.1.1 NWFET的场效应迁移率 73

6.1.2 NWFET的单电子输运 75

6.1.3 NWFET的噪声特性 77

6.2 NWFET的工作原理 79

6.2.1 NWFET的性能特点 79

6.2.2 NWFET的沟道电势分布 79

6.2.3 NWFET的亚阈值斜率 80

6.3 NWFET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

6.4 NWFET的器件应用 89

6.4.1 NWFET存储器 89

6.4.2 NWFET探测器 90

6.4.3 NWFET传感器 92

6.5 Si-NWFET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

7.2 Si与Si化物纳米线的场发射特性 99

7.2.1 Si纳米线的场发射 99

7.2.2 Si化物纳米线的场发射 102

7.3 ZnO与GaN纳米线的场发射特性 105

7.3.1 ZnO纳米线的场发射 105

7.3.2 GaN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

8.3.1 Si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

9.2 LED的工作原理与性能参数 142

9.2.1 LED的工作原理 142

9.2.2 LED的特性参数 143

9.3 GaN和ZnO材料的物理性质 145

9.3.1 GaN的物理性质 145

9.3.2 ZnO的物理性质 145

9.4 InGaN/GaN纳米线发光器件 146

9.4.1 InGaN/GaN纳米线白光LED 146

9.4.2 InGaN/GaN纳米线绿光LED 148

9.4.3 InGaN/GaN纳米线蓝紫光LED 149

9.4.4 GaN纳米线激光器 150

9.5 ZnO纳米线发光器件 152

9.5.1 ZnO纳米线LED 152

9.5.2 ZnO纳米线激光器 155

9.5.3 ZnO纳米线光探测器 155

9.6 GaAs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

10.3 Si纳米线太阳电池 164

10.3.1 Si纳米线的低反射率特性 164

10.3.2 Si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

10.3.4 Si纳米线／聚合物混合太阳电池 170

10.3.5 Si纳米线／肖特基结太阳电池 172

10.4 ZnO纳米线太阳电池 173

10.4.1 ZnO纳米线混合异质结太阳电池 173

10.4.2 ZnO纳米线染料敏化太阳电池 175

10.5 TiO2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

10.6 InP纳米线太阳电池 182

参考文献 183

中英文名词对照表 187