单晶硅纳米阵列的制备及其应用(6)
1.3.4 化学传感器
目前检测NH3等气体主要是在高温(200~600°C)下采用金属氧化物半导体及电化学器件，而用硅纳米线制备的化学传感器灵敏度更高并于室温下就能进行实时监控。Zhou等报道了采用氢氟酸腐蚀过的硅纳米线合成了化学传感器并研究了其检测NH3、水蒸气的能力，研究认为将硅纳米线表面的氧化物层腐蚀后提高了硅纳米线传感器的化学检测灵敏度，NH3气、水蒸气起到化学门电路的作用，改变了硅纳米线的费米能级，减小了硅纳米线传感器的电阻。Elibol等制得了单晶硅纳米线传感器并用其检测氧气的研究结果表明当充入含氧量20%的Ar、O2混合气体时传感器的电导率下降了近9%，而同样情况下只充入惰性气体Ar 时传感器的电导率却没有变化，说明该硅纳米线传感器只对活泼性气体O2反应较灵敏，而对惰性气体无反应。Cui等采用硅纳米线传感器对pH值的检测研究表明其电导率随pH值呈线性变化，而在同一pH值下传感器的电导率是个恒定值。作者认为在酸性较强的环境中NH2基团得到一个质子，消耗p型掺杂硅纳米线中的空穴载流子使得电导率降低，而在酸性较弱的环境中Si(OH)基团失去一个质子，即载流子增多导致电导率增强。
1.3.5 纳米电子器件
由于单电子晶体管（SETs）及多重隧道结（MTJs）作为存储及逻辑电路元件具有低能耗的特点，所以与CMOS兼容的硅基单电子晶体管引起了人们极大的研究兴趣，而掺杂硅纳米线可以制备出性能良好的 SETs 和 MTJs 。
（1）场效应晶体管（FET）
Cui等利用直径为10~20nm硼掺杂硅纳米线制备了FET并通过源-漏接触热退火和表面钝化工艺对晶体管的性能进行了研究。研究发现热退火和表面钝化都可以增强FET的平均跨导及迁移率，平均跨导从45nS增加到800nS，最大峰值为2000nS，平均迁移率从30cm2/V・s增加到了560cm2/V・s，最大峰值为1350cm2/V・s。这些研究结果比目前硅FET的性能好的多，可以作为构造单元来应用于将来的纳米电子器件中。
（2）单电子探测器
Stone等采用磷掺杂硅纳米线对单电子探测器进行了研究。这种探测器是一种硅单电子隧道晶体管（SETT），电路中包含多重隧道结（MTJ），MTJ将电子转移至或离开存储节点，用相连的SETTs不仅可以精确地计算移动到存储节点的电子，也可以进行相反地操作，即计算以相同的频率从节点离开的电子。他们采用光学与电子束刻蚀技术将包含相互连接及成键区域的电路集中在SOI芯片上，芯片包含3部分：中部为磷掺杂浓度为1×1019cm-3、厚度40nm的硅纳米线层，底部为硅衬底，以350nm厚的氧化层相隔开，顶部为SiO2保护层。
（3）单电子存储元件
利用掺杂硅纳米线的库仑阻塞效应可以控制单个电子以实现单电子存储元件的制备，目前已经制得了数种单电子存储元件，电子到达接近传导通路的存储节点后晶体管的极限电压发生了变化。Tsutsumi等采用SiO2电子束抗蚀工艺制备了宽度小于15nm的硅纳米线存储元件。在15nm宽的存储元件中存在一个硅纳米点，作者指出此器件具有较好的单电子存储功能，在13K时发现器件具有很大的阈值电压（△Vth.step）0.72V，较低的写入电压（△Vw.step）3V，而室温下电子存储功能较差。另外在其它5~10nm宽的硅纳米线器件中，作者也验证了其在13K时具有很好的库仑阻塞作用。
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