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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近几年，一维硅纳米线（silicon nanowires，sinws）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体硅不同的独特性质。例如：因纳米尺度的物质会表现出量子尺寸效应，sinws带隙会随直径减小而增加^[1]，转变为直接带隙材料，直接带隙材料具有体硅无法比拟的发光性能；由于sinws比表面积增大，表面效应也表现的更为显著^{[2, 3]}；另外，sinws相较于体硅具有较低的热导率；经过表面修饰的sinws能带结构发生变化，从而在受到微小压力时，电阻将发生巨大变化，表现出巨压阻效应^[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、光电探测器、纳米场效应晶体管及压力传感器等方面有了很大应用，被认为是未来纳米器件、纳米光电子器件以及纳能量转换器件中必不可缺少的重要组成部分，极有可能成为一种极有应用潜力的新材料，在纳米光电子器件以及力电耦合传感器方面具有广阔的应用前景。鉴于sinws的奇特性质以及在生产生活中的良好应用前景，科学工作者们已经从制备、光电性质、掺杂、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，从理论方面研究[110]晶向sinws与[111]晶向sinws电子结构、光学性质以及压阻特性并对其压阻系数进行精确计算的报道很少。当sinws暴露在空气中时，其表面的不饱和悬挂键将会被氧化成二氧化硅，从而会施加给sinws以一定的压应变或者拉应变，因而影响其物理性质。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，对高单轴应变条件下p型硅经典纳米线的电子结构及其压阻性质进行研究。通过sinws电子结构的变化，精确计算其压阻系数，为相关的实验研究提供参考。

国内外研究现状

科学工作者们对sinws的实验研究主要体现在sinws的制备、宏观物化性质研究以及光电应用优化设计等方面。例如：彭英才等人从物理、化学以及物化综合的不同分类，介绍了通过激光烧蚀沉积法（lad）、化学气相沉积法（cvd）、热蒸发与金属催化生长法等制备方法，并简要介绍了sinws在场效应晶体管等方面的应用^[5]；刘莉等人从“自下而上”与“自上而下”两种角度出发，着重介绍了金属催化化学刻蚀法制备sinws的工艺，并阐述了sinws良好的力电特性及其在光电探测器、光电化学太阳能电池等方面的应用^[6]；毕精会采用导电原子力显微镜（afm）测量了单根氮化sinws在不同压力下的压阻系数，得到压阻系数与负压力之间几乎成线性关系的结论，并观察到氮化sinws的电阻在nn级压力下有mΩ级别的变化^[7]。

2. 研究的基本内容

(1). 本课题将以[110]及[111]晶向sinws为研究对象，使用meterial studio(ms)中的castep软件包对研究对象进行建模并对模型进行结构优化；

(2). 根据所建模型，计算[110]及[111]晶向sinws的电子结构；

(3). 从微观角度利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，通过其电子结构的变化，精确计算压阻系数，以对高单轴应变条件下p型硅经典纳米线的电子结构及其压阻性质进行研究.

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

首先利用material studio（ms）软件建立[110]与[111]晶向的sinws模型并优化结构，然后使用ms的castep软件包计算其电子结构并利用建立的sinws的压阻系数计算模型计算压阻系数；分析所得数据，研究高单轴应变条件下p型硅经典纳米线的电子结构及其压阻性质。

进度：

4. 参考文献

[1]x. y. zhao, c. m. wei, and m. y. chou.quantum confinementand electronic properties of silicon nanowires, xinyuan [j], phys. rev. lett, 2004, 236805(92):23-25

[2] mulazimoglu e, coskun s, gunoven m, et al.silicon nanowire network metal-semiconductor-metal photo-detectors [j]. appl. phys. lett, 2013,103：083114.

[3] chen y, wang x h, hong m.et al.surface-modified silicon nano-channel for urea sensing [j]. sensors and actuators b, 2008, 133:593.