個々のSiナノワイヤとそれらのサイズ依存性について調査された光電気特性

はじめに

シリコンナノワイヤー（Si NW）は、その独自の特性と従来のシリコン技術との互換性により、近年大きな注目を集めています。 Si NWは、集積論理回路、太陽電池、熱電デバイス、バイオセンサーなどのさまざまなアプリケーションで実証されています[1,2,3,4,5]。特に、高度に秩序化された方法で配置された場合、Si NWは光吸収と電荷収集を大幅に改善し、太陽電池と光検出器の両方で高効率を達成することを可能にします[6、7、8]。過去数十年の間に、そのような秩序化されたナノワイヤアレイの制御可能な成長と光起電力（PV）デバイスの最適な製造が集中的に研究されてきました[9、10、11]。逆に、このようなSi NWアレイ、特にアレイ内の個々のナノワイヤの光電特性に関する基本的な研究ははるかに少ないです。

太陽電池やPVデバイスでの秩序あるナノワイヤアレイの応用を実現するためには、それらの光伝導特性をよく理解することが非常に重要です。今日、ナノワイヤアレイの光伝導特性は、一般に、光照射下での両面電極の堆積を伴う巨視的方法によって調査されています[12、13]。ただし、より正確な分析を行うには、平均化された結果ではなく、単一または個別のナノワイヤの特性を実現する必要があります。製造が容易ではない単一のナノワイヤデバイスを適用する研究に加えて、走査型プローブ顕微鏡（SPM）ベースの電気測定は、ナノスケールでの電気的特性評価のための強力な技術としての地位を明らかにしました[14、15]。これらのSPM技術の中で、導電性原子間力顕微鏡（CAFM）は、フィルム、ヘテロ構造、ナノワイヤーなどの個々のナノ構造の導電特性を研究するために最も頻繁に適用されてきました[16、17、18、19、20]。レーザー照射と組み合わせることにより、個々のナノ構造の光伝導特性を調査するためのルートを提供する光伝導原子間力顕微鏡（PCAFM）として変更することができます[21、22]。近年、PCAFMは、有機[23,24,25,26]および無機太陽電池[27,28,29]のほか、微結晶Si薄膜、CdSヘテロ構造などの一部のナノ構造の光電流測定にすでに採用されています。 、MoS ₂ フィルムとZnONW [30,31,32,33]。それでも、これらの研究のほとんどは、さまざまな出力強度または波長でのレーザー照射の影響に焦点を当てていましたが、いくつかの研究は、ナノワイヤーのサイズの影響に関するものでした。

一方、優れた光伝導特性を備えたSi NWアレイを実現するには、ナノワイヤの直径と長さを最適化するために、サイズ依存性を取得する必要があります。したがって、ここ数十年で、巨視的方法または単一ナノワイヤデバイスを使用することによって、光伝導特性のサイズ依存性を明らかにすることに多くの努力が注がれてきました[34、35]。長さ依存性の側面では、多くの研究により、ナノワイヤの長さが特定の値を下回ると光電流が増加し、1から18μmまで変化し、長さがさらに長くなると減少することがわかりました[12、36、37]。光コンダクタンスは長さが短くなると亜線形に増加する[38]。一方、直径依存性の結果はまだかなり一貫性がありませんでした。たとえば、キムらの作品。固有のGeナノワイヤの光コンダクタンスは直径が小さくなると増加することがわかりました[35]が、GaNナノワイヤに関する他の研究では、直径が大きくなると光電流が増加することがわかりました[39]。したがって、光伝導特性のナノワイヤへのサイズ依存性は、よく一般的な理解に達するにはほど遠いです。

この論文では、以前の研究で報告されているように、金属支援化学エッチング（MACE）と組み合わせたナノスフェアリソグラフィー（NSL）の方法によって、直径と長さを制御できる垂直に整列したSiNWの順序付けられたアレイを正常に製造します[1,40]。それらの光伝導特性は、それ以上のナノファブリケーションなしでPCAFMによって調査されます。私たちの結果は、個々のSi NWで測定された光電流がレーザー強度とともに大幅に増加し、その増加は明らかにナノワイヤーのサイズに関連していることを示しています。直径が小さく長さが短いSiNWは、光伝導性が高くなります。一方、レーザー照射と組み合わせた静電力顕微鏡（EFM）によって実行された測定は、光生成電荷とバリア高さの変更の情報を提供しました。これは、SiNWのサイズ依存の光増強コンダクタンスを説明するために使用できます。したがって、この研究は、Si NWのサイズ依存の光電特性を明らかにするだけでなく、PCAFMとEFMが、個々のナノ構造の光電特性を調査し、サイズ（または他のパラメーター）依存を調査するのに効果的なツールであることを示唆しています。

材料と方法

資料

SiウェーハはMTI（中国）から購入しました。脱イオン水（DI、18.2MΩcm）は、限外ろ過システム（Milli-Q、Millipore、マサチューセッツ州マールボロ）から入手しました。アセトン、メタノール、硫酸、過酸化水素、およびフッ化水素酸は、Sinopharm Chemical Reagent（中国）から購入しました。ポリスチレン球（PS、直径490 nm）の懸濁液（水中2.5 wt％）は、Duke Scientific（USA）から購入しました。

SiNWの製造と特性評価

以前の研究で報告されているように、垂直に配列されたシリコンナノワイヤアレイはNSLとMACEによって製造されました[1,40]。主な製造工程を以下に簡単に説明します。まず、ポリスチレン球（PS）を化学的に洗浄したSiウェーハ（n型、0.01〜0.02Ωcm）に自己組織化しました。次に、PS球の直径を反応性イオンエッチング（RIE、Trion Technology）（50 W、70 mTorr）によって目的の値に縮小し、直径を縮小したPS単分子層を次の手順でマスクとして機能させました。次のMACE処理の触媒として機能するイオンスパッタリングによる20nmのAu膜堆積後、サンプルをHF（40％）とH ₂ の混合溶液に浸しました。 O ₂ （30％）MACEプロセスの体積比は4：1で、垂直に整列したSiNWがこの手順で生成されました。最後に、サンプルをKI / I ₂ に浸すことにより、残りのAu層とPS球を除去しました。 それぞれ混合溶液とテトラヒドロフラン溶液。各ステップ後の形態は、走査型電子顕微鏡（SEM、SIGMA300）によってチェックされました。元の自己組織化PS単分子層、直径が縮小されたPS単分子層、およびAu層とPS球を除去した後に作製されたSi NWの典型的なSEM画像をそれぞれ図1a〜cに示しました。垂直に整列したSiNWの順序付けられたアレイが大規模に達成されたことがわかります。さらに、RIEとMACEの時間を調整することで、ナノワイヤの直径と長さを適切に制御できます[40]。

a – c 垂直に整列したSiNWアレイを製造するための主な手順のSEM画像： a 自己組織化PS単層、 b 直径が減少したPS単分子層と c 製造されたSiNWアレイ。 d SiNWで測定されたEDXスペクトル。 e レーザー照射下のPCAFMとEFMの概略図

さらに、そのようなナノワイヤの組成は、エネルギー分散型X線分光法（EDX、OXFORD、Aztec X-Max 80）を使用して測定されました。 HF浸漬後にSiナノワイヤで測定された典型的なEDXスペクトルを図1dに示します。結果は、微量の酸素（4.4％）を除いて、ナノワイヤがシリコン（〜95.6％）によって支配されていることを示しています。確認のために、EDX測定はサンプルのさまざまな領域で何度も繰り返され、測定結果は0から7.2％まで変化する酸素濃度でよく一致していました。したがって、製造されたSi NWは純粋であり、表面のわずかな酸化を除いて他の不純物がないと大まかに考えることができます。私たちの結果は、HRTEMまたはEDXによる以前の研究[41、42]で報告された結果とよく一致し、同じMACE法で製造されたSi NWは主に結晶構造を維持でき、薄いアモルファス層のみが観察されました。 NWの壁面[43、44]。薄いSiO ₂ 多孔質ナノワイヤ表面に層が形成され、表面に他の不純物が検出されていないことがわかりました[41]。

図1eに示すように、個々のSi NWの光電測定は、市販のSPM機器（マルチモードV、Bruker Nano Surfaces）を使用して実行されました。 PCAFMでは、導電性チップが、基板と電気的に接地されたチップの間にバイアス電圧が印加された状態で、接触モードでサンプル表面をスキャンし、結果として生じる電流を測定しました。レーザー照射は、400μmのファイバーを介してSPMヘッドに導入されました。強度を調整可能な405nmのダイオードレーザー（DPSSレーザー、MDL-III）を基板に焦点を合わせ、レーザースポット領域は約1 mm ² でした。 Pt / Crコーティングされたチップの下。各レーザー強度で安定した電流測定値を取得するには、測定前に数分待って、レーザー強度の変化によって引き起こされる不安定な状態を可能な限り減らします。一方、現在の各画像測定を完了するには、10分以上かかりました。ナノワイヤが深刻に酸化される前に、さまざまなレーザー強度で電流測定を完了したいので、比較的大きな間隔（2 W / cm ² ）のレーザー強度 ）0から8 W / cm ² まで変化 選ばれました。光伝導電流画像とI–V曲線は、さまざまなレーザー照射下で個々のナノワイヤーで測定されました。 EFMを使用することにより、サンプルのトポグラフィーと電気力による位相シフトの両方を2パスモードで記録できます。最初のパスでは、地形画像がタッピングモードで取得されました。 2回目のリフトパス（ファンデルワールス力によって引き起こされる位相シフトを無視するのに十分な高さまでチップを持ち上げた）では、チップとサンプルの間にDCバイアスが適用され、電気力勾配によって決定される位相シフト信号が検出されました。詳細な動作原理は、以前の研究[45、46]に記載されています。 Pt / Crコーティングチップ（Multi75E-G、バジェットセンサー、半径約25 nm）をすべての電気測定に適用し、すべての実験を流れるN ₂ で実施しました。 アンビエント。各サンプルをHF溶液（5％）に30秒間事前に浸して、サンプル表面の酸化物層を除去した後、サンプルを脱イオン水を流しながら少なくとも5分間洗浄し、HFが残っていないようにしました。 Si表面が水素で不動態化されていることを除いて、表面は再酸化からSi表面を保護し、半導体特性を約60分間維持することができます[47]。 HF浸漬後、電気的特性評価に対する酸化物層の影響を可能な限り減らすために、サンプルをすぐに測定しました。

結果と考察

単一SiNWの光伝導特性測定

レーザー照射と組み合わせることにより、SiNWの光伝導特性がレーザー強度の関数としてPCAFMによって調査されます。直径190nm、長さ800nmのSiNWで、サンプルバイアス-1.5Vのさまざまなレーザー照射下で得られた典型的な電流画像を図2b–fに、図2aに示すトポグラフィー画像とともに示します。 。先端が角度の大きいくさびで底に届かないため、特に接触モードで画像を取得したため、観察されたナノワイヤは多少歪んでおり、ナノワイヤの上面の電流しか測定できません。とにかく、個々のナノワイヤの電流分布は、現在の画像からはっきりと観察することができます。レーザー照射なしの現在の画像（図2b）では、Si NWは、中心よりもほとんどのエッジでわずかに優れたコンダクタンスを示します。これは、チップとナノワイヤの間の側面接触面積が大きいためです[40]。レーザー照射下では、Si NWの電流はレーザー強度とともに明らかに増加しますが（図2c、d）、それに応じてナノワイヤーの導電領域も増加します。光電流とレーザー強度の明確な関係を取得するために、Si NWの平均電流が、レーザー強度の関数として図2gに示されている電流マップのすべてのナノワイヤーについて計算されます。結果は、レーザー強度が0から8 W / cm ² に増加すると、平均電流が約2倍（85から146 pA）増加することを示しています。 、レーザー照射下でより多くのキャリアが生成されることを示します。

地形（ a ）および b のさまざまなレーザー強度での長さ800nm、直径190nmのSiNWの現在の画像 0、 c 2、 d 4、 e 6および f 8 W / cm ² 。 g 平均電流を示します（ I _av ）レーザー強度の関数としてのナノワイヤー上。 h は、レーザー強度の関数としての光応答を示しています

以前の研究[32、48]では、光応答は通常、光検出器の応答能力を説明するために適用されました。これは次のように定義されています。

ここで私 _L および私 _D それぞれ、レーザー照射がある場合とない場合の電流です。 P _inc は、入射レーザー出力密度をチップとサンプル間の接触面積の有効面積で割ったものです。 q は電気素量であり、hν 光子エネルギーです。この場合、エフェクトの接触面積は約2×10 ^–11 です。 cm ² 25 nmの先端半径を使用することにより、結果として、SiNWの光応答は2W / cm ² のレーザー強度で約2.3と計算できます。 、SiNWが優れた写真増強能力を持っていることを示しています。図2hは、レーザー強度の関数としての光応答を示しています。光応答は、レーザー強度の増加とともに減少しますが、すべての値は1より大きいことがわかります。したがって、上記の結果は、レーザー照射がレーザー強度を大幅に向上させることができることを示しています。 Si NWのコンダクタンス。これは、光検出器での有望なアプリケーションの可能性を示唆しています。

光伝導特性のサイズ依存性を調査するために、異なる直径と長さのSiNWで光電流測定を実行しました。同じ長さ350nmで、直径が190〜350nmの異なるSiNWの典型的な現在の画像を、追加ファイル1に示します。図S1、0、4、および8 W / cm ² -1.5Vの同じサンプルバイアスでのレーザー照射。現在の画像のすべてのナノワイヤーで計算されたSiNWの平均電流を、レーザー強度の関数として図3aに示します。すべての直径のSiNWのコンダクタンスは、レーザー強度の増加とともに明らかに増加することがわかります。同じレーザー強度の下で、直径が350nmから190nmに減少すると、絶対電流値が大幅に増加します。これらの結果は、直径が小さいSiNWは大きいものよりも導電性が高いことを示唆しています。レーザー強度全体で平均化された光応答を、さまざまな直径について図3bに示します。直径が大きくなると光応答が低下することがわかります。これは、直径が小さいSiNWの方が光応答能力が優れていることを意味します。一方、光電流（ I _L − 私 _D ）レーザー強度8 W / cm ² さまざまな直径の場合を図3cに示します。これは、直径が大きくなるにつれて光電流が減少することを明確に示しており、直径が小さいほど光コンダクタンスが優れていることを示しています。

a 平均電流（ I _av ）レーザー強度の関数としての異なる直径のSiNWの。 b 直径の関数としてのレーザー強度全体の平均光応答。 c 8 W / cm ² のレーザー強度での直径に対する光電流の依存性 。 d 私 _av レーザー強度の関数としての異なる長さのSiNWの。 e 長さの関数としてのレーザー強度全体の平均光応答。 f 8 W / cm ² のレーザー強度での長さに対する光電流の依存性

同様の測定は、同じ直径で長さが異なるSiNWで実行されます。直径190nm、長さ350〜960 nmのナノワイヤーの結果は、追加ファイル1：図S2に示されています。さまざまな長さのナノワイヤの平均電流を図3dに示します。レーザー強度が増加すると、すべてのナノワイヤーがコンダクタンスの明らかな増加を示し、Si NWが短いほど、最大8 W / cm ² のレーザー強度範囲でコンダクタンスが大きくなります。 。 8 W / cm ² のレーザー強度でのナノワイヤーの長さの関数としての光応答と光電流 それぞれ図3e、fに示されています。長さが350nmから960nmに増加すると、光応答は明らかな長さ依存性を示さないのに対し、光電流は長さが増加すると大幅に減少することがわかります。

I–V曲線の分析とサイズに依存するショットキーバリアの高さ

以前の研究[40]で報告されているように、Si NWのCAFM測定では、ショットキー障壁が重要な役割を果たすチップ-ナノワイヤの接触抵抗を強調して考慮する必要があります。光コンダクタンスにおけるショットキーバリアの役割と、バリアの高さに対するレーザー照射の影響を調査するために、電流-電圧（I-V）曲線を個々のSiNWに記録します。さまざまなレーザー照射下での直径190nm、長さ800nmのSiNWの典型的なI-V曲線を図4aに示します。すべてのI–V曲線は、金属およびn型半導体接触の典型的なI–V特性を示しており、コンダクタンスに対する酸素層の影響は深刻ではないため、以下の説明では無視されます。レーザー強度が増加するにつれて、SiNWの電流が明らかに増加することが観察できます。レーザー強度が0から8W / cm ² に増加すると、増強は約3倍に達する可能性があります。 -1.5 Vのバイアスの下で、これは現在の画像から得られた結果とよく一致しています。定量分析を行うために、金属-半導体接触のよく知られた熱電子放出モデルが採用されています[13、49]。このモデルでは、直列抵抗が存在する場合のn型半導体へのショットキー接触のI–V特性は、[13]：

ここで n は理想的な要素であり、 R _S は直列抵抗です。 私 _S は飽和電流であり、次の式で表すことができます。

ここで A は接触面積、\（A ^ {*} \）はリチャードソンの定数、 φ _B は、金属チップとSiナノワイヤ間のショットキーバリア高さ（SBH）です。したがって、SBHは次の式で取得できます。

a さまざまなレーザー照射下での直径190nm、長さ800nmのSiNWの典型的なI–V曲線。 b a のI–V曲線のフィッティングから得られたSBH値 。 8 W / cm ² 未満の直径および長さに依存するSBH値 レーザー照射は c にプロットされます 、 d 、それぞれ

図4aのI–V曲線は、式（1）でうまく適合させることができます。 （2）。飽和電流からSBH値を取得するために、実効リチャードソン定数\（A ^ {*} \）は、バルクシリコンの定数とほぼ等しい、つまり112 A cm ^-2 であると想定されます。 K ⁻² n型シリコン用。接触面積は2×10 ^–11 と想定されています。 cm ² Cr / Ptでコーティングされたチップ半径を25nmとします。 SBH値は、0、2、4、6、および8 W / cm ² のさまざまなレーザー強度で約474、453、437、429、および416meVになるように取得されます。 それぞれ、図4bにプロットされています。これは、SBHがレーザー強度とともに大幅に減少することを示しています。これは、光増強コンダクタンスの主な要因である可能性があります。一方、同じレーザー強度でのナノワイヤの直径と長さに対するSBHの依存性は、それぞれ図4c、dに示されています。結果は、直径が小さく長さが短いSi NWのSBH値が小さいため、このようなナノワイヤで得られる光コンダクタンスが向上することを示しています。異なるレーザー照射下でのSBHの直径と長さの依存性は、追加ファイル1：図S3に示されています。これは、上記の結論をさらに裏付けるものです。明らかに、直径と長さが異なるSi NWの測定されたSBH値はすべて、バルクSiの値（〜600 meV）よりも小さく[40]、レーザー強度の増加とともにさらに減少し、SiNWが有望な光伝導特性を達成できることを示しています。潜在的なアプリケーションのために。

したがって、上記の結果から、Si NWの光伝導特性は、それらの直径と長さに強く依存していると結論付けることができます。つまり、直径が小さく長さが短いSi NWは、より良い光伝導を示します。 I–Vカーブフィッティングによって明らかになりました。 SBHのサイズ依存性に関する正確なメカニズムはまだ明らかではありません。それは、粗い外層の界面状態および/または無秩序な構造に関連している可能性があります。以前の研究[50,51,52]によると、帯電した界面状態はSBHを効果的に低減する可能性があります。たとえば、参考文献[50]で、Yoon etal。界面状態に起因するキャリア移動は、負に帯電した表面状態と同数の正電荷を持つ2つの反対の帯電層を形成し、ビルトイン電界とは逆に電界を生成して、ナノワイヤの直径に強く依存するSBH。有限要素モデリングを使用し、ナノワイヤを円筒形の同軸コンデンサとして扱うことにより、彼らは、ナノワイヤの直径が減少するにつれて、バリア低下の大きさが増加することを発見しました。私たちの場合、MACEで作製したナノワイヤの表面が粗いため、金属チップと接触すると高密度の界面状態が生成され、上記の観点を採用することでバリアの高さを効果的に下げることができます。表面状態密度は、ナノワイヤの直径が小さくなると増加し、直径が小さいナノワイヤでは、より小さなSBHを実現できます。したがって、直径が小さいSi NWは、コンダクタンスが大きくなります。 SBHはすべての直径でレーザー強度とともに減少するため、直径が小さいSiNWも光コンダクタンスが大きくなります。

ただし、SBHの値が長さに依存する理由は、この観点では解釈できませんでした。ナノワイヤが長いほど、製造にMACE時間が長くなり、表面の乱れや粗さが増します。表面の微細構造の変化が異なると、SBH値の変化が異なる可能性があり、それを解決するにはさらに調査が必要です。とにかく、光伝導特性のサイズ依存性の起源が何であれ、サイズ依存のSBH低下は、より高いコンダクタンスまたは光コンダクタンスをもたらす可能性があり、これは実際のアプリケーションに有益であるはずです。

光生成されたトラップ電荷とバリア高さの変更

PCAFMによって取得されたSiNWのSBH結果をさらに検証するために、図5a〜dに示すように、さまざまなレーザー照射下でSiNWでEFM画像を測定しました。静電力によって位相シフトが引き起こされたことがわかります（ΔΦ ）レーザー強度とともに明らかに増加します。ナノワイヤの上部中央でラインスキャンモードで取得された位相シフト画像を図5eに示し、マークされた曲線に沿ったスキャンライン全体の平均位相シフトを図5fに示します。どちらも明らかにΔΦの増加を示しています レーザー強度で。

Si NWの地形画像（ a ）、0の異なるレーザー強度で得られた位相シフト画像（ b ）、4（ c ）および10 W / cm ² （ d ）、 それぞれ。 e ナノワイヤの上部中央でラインスキャンモードで取得された位相シフト画像。 e のマークされた赤い曲線に沿ったスキャンライン上の平均位相シフト f にプロットされます

EFM測定からより明確な情報を取得するには、ΔΦ 印加電圧（ V ）の関数として測定されました _EFM ）特定の単一ナノワイヤへの異なるレーザー照射下。 ΔΦのセット 〜 V _EFM 直径190nm、長さ800 nmのSiナノワイヤで測定された曲線は、散乱ドットとして図6aに示されています。レーザー強度の増加に伴い、ΔΦ 〜 V _EFM 曲線は下にシフトします。これは、より多くのキャリアが生成され、ナノワイヤにトラップされることを示しています[45]。定量分析の場合、チップ-サンプルシステムは単純に平面コンデンサとして扱われ、容量性静電力勾配により、チップとサンプルの間にバイアスをかけると位相シフトが発生します。レーザー照射によってナノ構造に電荷が閉じ込められると、クーロン力によって引き起こされる追加の位相シフトが生成されます[53]。 EFMによって検出された位相シフトは、[54、55]：

ここで C 、 V _EFM および V _CPD は、それぞれチップとサンプル間の静電容量、印加DC電圧、および接触電位差です。 Q _s ナノワイヤに閉じ込められた電荷の量、 Q は品質係数であり、 k はプローブのばね定数であり、 z は、ナノワイヤに閉じ込められた電荷間の距離です。

ΔΦ 〜 V _EFM 図6aの曲線は、式（1）を使用して適切に適合させることができます。 （5）、実線で示されています。フィッティングパラメータから、 V _CPD および Q _s Q を使用して取得できます =186および k =2.8N / m（Pt / Irコーティングチップ[56、57]および近似 z ） リフトの高さとして。これは、レーザー強度の関数として図6bにプロットされています。レーザー強度の増加に伴い、 V _CPD トラップされた電荷が減少する間、 Q _s 増加。文献[46]で報告されているように、 V の変化 _CPD レーザー照射下では、トラップされたキャリア密度の変動に関連していました。したがって、 V の減少 _CPD 私たちの実験でのレーザー照射の場合も、トラップされた電荷密度の増加に起因する可能性があります。

a ∆ Φ 〜 V _EFM さまざまなレーザー照射下で直径190nm、長さ800nmの個々のSiNWでEFMによって測定された曲線。 b Qs の結果 および V _CPD a の曲線をフィッティングすることによって得られます レーザー強度の関数として。 V の直径と長さの依存性 _CPD レーザー強度8W / cm ² c に表示されます 、 d 、それぞれ

追加ファイル1：図S4に示されているエネルギー図から、SBHの値は qV にほぼ等しくなります。 _CPD プラス E _n （= E _C − E _F ）[40]。 E として _n は、同じ材料で作られたすべてのSi NWの定数であり、 V のサイズ依存性です。 _CPD SBHのそれをよく表しています。 V の結果 _CPD さまざまな直径と長さのSiNWで得られた値は、追加ファイル1：図S5にレーザー強度の関数として示されています。測定されたすべての V _CPD 直径と長さが異なるSiNWの場合、レーザー強度が高くなると減少します。 V の依存性 _CPD 8 W / cm ² の同じレーザー強度でのナノワイヤーの直径と長さ それぞれ図6c、dに示されています。 V _CPD SBHのサイズ依存性とよく一致して、直径と長さが増加すると明らかに増加します。したがって、EFMの結果から、レーザー照射によりナノワイヤにトラップされたキャリアが生成され、バリアの高さが低下してコンダクタンスが向上する可能性があることが示唆されます（図4）。

結論

要約すると、複雑な手順を必要としないシンプルで低コストの方法により、制御可能な直径と長さのSiNWアレイが準備されます。光伝導特性は、PCAFMを使用して、複雑なナノファブリケーション手順を使用せずに、個々のSiNWで直接測定されます。 Si NWのサイズに依存するコンダクタンスは、さまざまな直径と長さの個々のナノワイヤで得られます。結果は、個々のSi NWで測定された光電流がレーザー強度とともに大幅に増加し、その増加は明らかにナノワイヤーのサイズに関連していることを示しています。直径が小さく長さが短いSiNWは、より大きな光コンダクタンスを示します。一方、レーザー照射と組み合わせたEFMによって実行された測定は、光生成電荷と接触障壁の高さの情報を提供しました。これは、SiNWの光伝導特性とそのサイズ依存性を説明するために適用できます。したがって、この研究では、PCAFMとEFMによって個々のナノワイヤの光電特性を調査します。これは、オプトエレクトロニクスと光起電におけるナノ構造の基本的な理解と潜在的なアプリケーションの両方にとって重要であるはずです。

データと資料の可用性

結論を裏付けるために使用されたデータセットは、記事と裏付けファイルに含まれています。

略語

Si NW：

Siナノワイヤー

CAFM：

導電性原子間力顕微鏡

PCAFM：

光伝導伝導性原子間力顕微鏡

EFM：

静電力顕微鏡

PV：

太陽光発電

NSL：

ナノスフェアリソグラフィー

MACE：

金属支援化学エッチング

SPM：

走査型プローブ顕微鏡

PS：

ポリスチレン球

RIE：

反応性イオンエッチング

SEM：

走査型電子顕微鏡

EDX：

エネルギー分散型X線分光法

SBH：

ショットキーバリアの高さ

CPD：

接触電位差