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本书为“低维材料与器件丛书”之一。过去二十多年，半导体纳米线因其独特结构与优异性能引起了世界各国科学家的高度关注与广泛研究，半导体纳米线功能器件在不同领域都展现出巨大的前景。本书基于作者多年的科研工作，并结合国内外的最新研究进展，系统介绍了半导体纳米线功能器件的研究成果。内容涵盖了从半导体纳米线功能器件的发展现状和加工技术、不同功能器件的研究进展、多场耦合调控到损伤与服役行为研究。对基于半导体纳米线的电子器件、发光器件、光电转换器件、力电转换器件、传感器件等代表性功能器件进行了详细介绍。本书对半导体纳米线功能器件的发展具有重要的推动意义与学术参考价值。
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总序
前言
第1章 半导体纳米线功能器件概述 1
1.1 引言 1
1.2 半导体纳米线的发展 2
参考文献 5
第2章 半导体纳米线功能器件的发展现状 9
2.1 引言 9
2.2 半导体纳米线的物理特性 10
2.2.1 半导体纳米线的力学性能 10
2.2.2 半导体纳米线的电输运特性 13
2.2.3 半导体纳米线的介电与压电特性 16
2.2.4 半导体纳米线的光学特性 18
2.3 半导体纳米线功能器件的种类 21
2.3.1 半导体纳米线电子器件 21
2.3.2 半导体纳米线光电子器件 24
2.3.3 半导体纳米线太阳能电池 27
2.3.4 半导体纳米线机械能-电能转换器件 28
2.3.5 半导体纳米线传感器件 30
2.3.6 半导体纳米线场发射器件 32
参考文献 33
第3章 半导体纳米线功能器件的加工技术 43
3.1 引言 43
3.2 “自上而下”微纳加工技术 43
3.2.1 图形成像 43
3.2.2 图形转移 45
3.2.3 聚焦离子束加工 47
3.3 “自下而上”微纳加工技术 47
3.3.1 气相沉积法 48
3.3.2 液相反应法 53
3.3.3 模板法 57
3.3.4 定向附着法 60
3.4 半导体纳米线器件的加工工艺 60
3.4.1 电极构筑 61
3.4.2 栅极构筑 64
3.4.3 半导体纳米线的自组装 67
参考文献 70
第4章 半导体纳米线电子器件 74
4.1 引言 74
4.2 场效应晶体管 74
4.2.1 硅纳米线场效应晶体管 75
4.2.2 碳纳米管场效应晶体管 77
4.2.3 Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体场效应晶体管 79
4.2.4 二维材料晶体管 82
4.3 阻变存储器件 84
4.3.1 阻变存储器的基本工作原理 86
4.3.2 阻变材料的研究 87
4.3.3 阻变存储器的集成 98
4.4 场发射器件 100
4.4.1 场发射理论基础 100
4.4.2 半导体纳米线的场发射特性 101
4.4.3 半导体纳米线场发射性能的调控 110
4.4.4 半导体纳米线强流场发射器件 116
4.5 其他电子器件 118
4.5.1 pn结和肖特基二极管 118
4.5.2 逻辑门电路 126
参考文献 129
第5章 半导体纳米线发光器件 139
5.1 引言 139
5.2 发光二极管 139
5.2.1 纳米线发光二极管 140
5.2.2 纳米线阵列发光二极管 147
5.3 激光器 151
参考文献 164
第6章 半导体纳米线光电转换器件 167
6.1 引言 167
6.2 太阳能电池 168
6.2.1 染料敏化太阳能电池 168
6.2.2 钙钛矿太阳能电池 173
6.2.3 pn异质结太阳能电池 178
6.3 光电化学电池制氢 181
6.3.1 光电化学电池制氢原理 181
6.3.2 光电化学电池的吸光性能优化 182
6.3.3 光电化学电池的电荷分离性能优化 193
6.3.4 光电化学电池的稳定性优化 197
参考文献 200
第7章 半导体纳米线压电纳米发电机 205
7.1 引言 205
7.2 压电半导体纳米线概述 206
7.3 压电纳米发电机的结构及原理 208
7.3.1 单根纳米线器件 208
7.3.2 纳米线阵列器件 211
7.3.3 柔性压电纳米发电机 211
7.4 压电纳米发电机的性能调控 216
7.4.1 材料优化设计 216
7.4.2 结构优化设计 217
7.5 压电纳米发电机的应用 219
7.5.1 机械能收集 219
7.5.2 自驱动应变传感 220
7.5.3 电子皮肤 221
7.5.4 自驱动化学传感 225
参考文献 227
第8章 半导体纳米线传感器件 230
8.1 引言 230
8.2 应力应变传感器 230
8.2.1 单根纳米线应力应变传感器 230
8.2.2 纳米线阵列应力应变传感器 239
8.2.3 混合型应力应变传感器 243
8.3 光电传感器 246
8.3.1 电驱动光电传感器 246
8.3.2 自驱动光电探测器 251
8.4 生物传感器 257
8.4.1 电化学生物传感器 257
8.4.2 场效应晶体管生物传感器 259
8.4.3 高电子迁移率场效应晶体管生物传感器 265
参考文献 268
第9章 半导体纳米线压电电子学与压电光电子学器件 274
9.1 引言 274
9.2 半导体纳米线压电电子学器件 274
9.3 半导体纳米线压电光电子学器件 278
9.3.1 发光二极管 279
9.3.2 太阳能电池 283
9.3.3 光电探测器 287
9.3.4 光催化系统 289
9.4 小结 293
参考文献 293
第10章 半导体纳米线功能器件的多场耦合调控 296
10.1 引言 296
10.2 单场调控 297
10.2.1 应变调控光学性能 298
10.2.2 应变调控电学性能 310
10.2.3 磁学性能调控 314
10.3 多场耦合调控 321
10.4 总结 328
参考文献 328
第11章 半导体纳米线功能器件的损伤与服役行为 333
11.1 引言 333
11.2 电学损伤与服役行为 333
11.3 力学损伤与服役行为 343
11.4 力电耦合损伤与服役行为 361
11.5 应力腐蚀损伤与服役行为 366
参考文献 371
关键词索引 375
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