CAREER: Developing Advanced Morphological Control of Nanowires to Encode Photonic and Optoelectronic Functionality
职业:开发纳米线的先进形态控制以编码光子和光电功能
基本信息
- 批准号:1555001
- 负责人:
- 金额:$ 55万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-01 至 2022-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Nontechnical Description: Semiconductor nanowires have been widely explored for their potential electronic and photonic applications, and the properties of the wires are largely dictated by the ability to modulate their composition during synthesis. This project aims to explore chemistry-based processes to encode complex cylindrical silicon wires and to understand the incorporation of phosphorus, boron, and nitrogen dopant atoms in silicon nanowires during their growth. The effect of wire synthesis conditions on the concentration and spatial profiles of these dopant atoms is studied, and the potential for atomically-abrupt interfaces is evaluated. In addition, the influence of the dopant atoms on the optical properties and shape of the wires is examined, targeting optimized growth of spiraling nanowires and controllable creation of luminescent centers within the wires. The project trains undergraduate and graduate students in topics that bridge the interface between chemistry, physics, and engineering - providing breadth of experience in nanomaterials synthesis, microfabrication, optoelectronic measurements, and modeling. Various programs and demonstrations in elementary schools and local libraries, annual public science expositions and summer research for high-school students enable broad dissemination of the scientific concepts. Technical Description: Semiconductor nanowires are often synthesized by metal-catalyzed growth using vapor-liquid-solid (VLS) and vapor-solid-solid (VSS) growth processes. This project aims to develop a combined VLS-VSS growth method to encode phosphorus, boron, and nitrogen dopant atoms in silicon nanowires with single or sub-nanometer spatial resolution. The incorporation of dopants is used to modulate the optical properties and morphology of the nanowires. For instance, co-doping is explored as a novel method to create chiral wires, and the chiro-optical response of these structures is studied. In addition, the incorporation of nitrogen is used to introduce defect states with luminescent characteristics. Modulation of boron and phosphorus is employed to create deep-subwavelength photonic crystal cavities integrated with p-n junction photodetectors that exhibit wavelength-selective detection. These efforts expand the set of bottom-up synthetic methods that can be used to encode photonic and optoelectronic functionality in nanowires.
非技术描述:半导体纳米线因其潜在的电子和光子应用而被广泛探索,电线的性能在很大程度上取决于在合成过程中调节其组成的能力。该项目旨在探索基于化学的过程,以编码复杂的圆柱硅电线,并了解在生长过程中磷纳米线中磷,硼和氮掺杂原子的掺入。研究了电线合成条件对这些掺杂原子的浓度和空间谱的影响,并评估了原子上突然界面的潜力。此外,检查了掺杂原子对电线光学特性和形状的影响,以靶向螺旋纳米线的优化生长以及电线内发光中心的可控创造。该项目培训本科和研究生的主题,这些主题弥合了化学,物理和工程之间的界面 - 在纳米材料合成,微加工,光电测量和建模方面提供了广泛的经验。小学和高中生的年度公共科学博览会和夏季研究中的各种课程和示范,可以广泛传播科学概念。技术描述:半导体纳米线通常使用蒸气液(VLS)和蒸气 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固 - 固氧(VSS)的生长过程通常是由金属催化的。该项目旨在开发一种合并的VLS-VSS生长方法来编码具有单个或亚纳米空间空间分辨率的硅纳米线中的磷,硼和氮掺杂原子。掺杂剂的掺入用于调节纳米线的光学特性和形态。例如,将共同兴奋剂作为创建手性电线的新方法进行了探索,并研究了这些结构的chiro光学响应。此外,氮的掺入用于引入具有发光特征的缺陷状态。硼和磷的调节用于创建与表现出波长选择性检测的P-N结光电探测器集成的深入波长光子晶体腔。这些努力扩展了一组自下而上的合成方法,可用于编码纳米线中的光子和光电功能。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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