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硅是一种无处不在的半导体材料，可用于多种应用，是现代电子和能量收集的基础。硅基微电子，如今更确切地说是纳米电子，将在不久的将来达到 10 纳米以下的技术节点。在这些尺寸下，纳米尺寸效应（例如量子限制、掺杂的统计问题、表面状态等）开始发挥作用，降低性能和可靠性，甚至导致晶体管完全失效。这些纳米尺寸效应中的几种已经在精心制造的 Si 纳米结构上进行了研究，在那里获得的研究结果可能对于规避 FET 达到单纳米尺寸时出现的问题至关重要。此外，Si 纳米结构的非常规和新颖方法也令人感兴趣，因为它们可以提供替代的解决方法，有助于防止未来技术节点实施的进一步延迟，目标是在降低功耗的情况下提供更高的性能。除了电子晶体管之外，硅纳米结构（如纳米线和纳米粒子）还为传感器、量子器件、操纵器、执行器、光电子学、生物标记等领域的各种跨学科应用开辟了全新的前景。由于表面体积比高，硅纳米结构主要由表面决定，因此需要新的物理和化学知识来了解其特性。这些知识尚未完成并转移到现代晶体管技术中。在能量收集领域，硅光伏电池通过用异质结取代扩散的 p/n 同质结（充当载流子选择性和高度钝化（无复合）接触）提高了效率。这一概念允许研究一系列新材料作为接触，但需要精确了解它们与硅的界面特性。尽管有报道称至少在实验室规模的太阳能电池上转换效率令人印象深刻，但尚未找到结合了正确的电子和光学特性并与工业批量生产兼容的理想异质接触。进一步的跨学科研究必须找到或开发将合适的 Si 表面钝化与载流子选择性隧穿、长期稳定性以及可靠且经济高效的制造相结合的材料。
硅纳米电子学、纳米结构和高效硅光伏技术的进展
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