全文总字数：3069字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近几年，随着微电子行业与工艺进入纳米时代，对新型纳米半导体材料更加深入的研究愈发必要。一维硅纳米材料具有稳定的半导体性质并且能与现代半导体技术相兼容，具有极大的市场应用潜力。其中一维硅纳米线（silicon nanowires，sinws）作为典型的一维硅纳米材料已成为一种十分重要的纳米光电与电力材料，原因是它具有诸多与传统体硅材料不同的独特性质。例如：纳米尺度的材料会表现出量子尺寸效应，sinws导带与价带会进一步分裂,能隙会随材料直径减小而增加，转变为直接带隙材料，量子限制效应，非定域量子相干效应与非线性光学效应更加明显，发光性能与光学增益态更加突出^[1]；sinws相较于体硅表面积增大，表面效应也表现的更为显著^[2]；由于sinws的边界散射增强了其声子传输性能，相较于体硅具有较低的热导率，同时随着材料直径的减小而热传导性能降低^[3]；经过掺杂，应变等手段修饰过的sinws能带结构发生变化，载流子浓度，迁移率，电子传输速率等电学特性显著提高^[4]。考虑到sinws自身特有的光学和电学性质，sinws已经在纳米传感器、纳米场效应晶体管及单电子探测器等方面有了很大应用，有望成为未来新一代纳米器件、纳米光电子器件基材，在纳米光电子器件以及传感器，场效应发射器件方面具有广阔的应用前景。鉴于sinws的特殊的性质以及在生产生活中的广阔的应用前景与良好的兼容性，科学工作者们已经从制备、表征、光电性质、热学性质、掺杂、应变、优化设计等方面对sinws做出大量理论与实验研究。

然而迄今为止，相关的研究工作主要集中在未应变硅纳米线方面，将应变技术应用于硅纳米线有何种优势还有待深入探讨。在应力作用下，硅的电子结构，光学特性，热学特性都会有所改变，特别是对于不同类型的应力，其变化会有所差异。更为重要的是，诸如带隙、有效质量等参数的变化对纳米尺度硅器件中的带-带隧穿有着显著影响。本课题将从微观角度利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，通过硅纳米线的建模来计算无应变和有应变时硅纳米线的电子结构、光学性质（包括介电函数、吸收系数和折射率等光学参数）和热学性质，并比较其差异，为相关的实验研究提供参考。

2. 研究的基本内容

（1）了解第一性原理的计算方法；

（2）掌握material studio软件建立硅纳米线的方法；

（3）计算和分析无应变和有应变时硅纳米线的电子结构、光学性质（包括介电函数、吸收系数和折射率等光学参数）和热学性质。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

首先了解第一性原理的计算方法，随后掌握material studio软件建立硅纳米线的方法；运用第一性原理，分析和计算无应变和有应变时硅纳米线的电子结构、光学性质（包括介电函数、吸收系数和折射率等光学参数）和热学性质。

进度：

2017年2月15日—3月10日

4. 参考文献

[1] zhao x, wei c m, yang l, et al. quantum confinement and electronic properties of silicon nanowires.[j]. physical review letters, 2004, 92(23):236805.

[2] mulazimoglu e, coskun s, gunoven m, et al. silicon nanowire network metal-semiconductor-metal photodetectors[j]. applied physics letters, 2013, 103(8):3251-3257.

[3] 唐元洪. 硅纳米线及硅纳米管[m]. 化学工业出版社, 1900.