为什么纳米线对半导体如此重要？

随着世界各地的电子设备越来越小，使用传统电子设备制造的设备的尺寸或厚度将受到限制。对于那些希望制造透明、灵活的电子产品的消费者来说，情况也是如此，因为许多传统的电子网络并不是按照这种方式设计的。那么，答案是什么?嗯，根据需要小型化的设备部分，有不同的答案。通过纳米技术，灵活透明的屏幕、电池、电容器和电路板可以变得更高效、更小/更灵活；电子技术的更多方面正在不断受到纳米材料的影响。然而，我们在这里关注的是一种特定的纳米材料，它在电子学和纳米电子学方面表现出了很大的前景，这就是纳米线。

纳米线是一种很长很细的纳米材料。在技术术语中，这意味着它们具有高纵横比。考虑到这是一个与传统电线相似的几何形状，它们在电子和纳米电子设备中具有很大的潜力。纳米线是高导电性材料，但考虑到它们的尺寸，它们的导电性不如体积较大的电子产品，但它们的小尺寸使它们非常有用。纳米线也是一维(1D)纳米材料。这意味着纳米线内的电子被限制在一个维度，而在另外两个维度中被阻止移动——这是一种你在许多纳米材料中发现的量子限制，因为它们的小尺寸带来了有趣的量子现象。因为电子只能在一维中移动，纳米线中的电子只能沿着长轴移动——就像传统的电子线一样。

与块状材料相比，纳米线中的电子状态确实有所不同。由于纳米线的量子效应，纳米线的电子将占据离散的带，而不是连续的状态。即使每个电子都受到量子限制——因为纳米线内的势阱彼此靠近——它们也可以通过电子在势阱之间穿隧连接起来。这使得电子以最小的阻抗在阱之间流动。这是它们高导电性的主导因素。纳米线也可以捆绑在一起，以增加在一个小的局部空间内可能的导电程度，并且它们可以很容易地集成到其他材料的基质中，使其导电。

由于铜的导电特性，传统的金属线完全依赖于铜，与之不同的是，目前存在着许多不同类型的纳米线。纳米线可以由超导材料(如氧化钇钡铜(YCBO))或金属(包括铂、银、金和镍)或半导体(如砷化镓、硅和磷化铟)或绝缘材料(如二氧化硅和二氧化钛)组成。这些只是几个最常见的例子，因为具有新颖成分的纳米线一直在出现。在许多情况下，从化学角度来看，许多纳米线本质上是无机的。

纳米线最大的潜力在于晶体管。由于其高纵横比，很容易在纳米线周围制造介电栅极，这使得它们能够相对容易地关闭和打开。此外，由于其尺寸，纳米线晶体管不会受到与体积晶体管相同程度的杂质的不良影响，这使得制造更便宜和更容易，因为不一定需要无杂质的材料。虽然许多纳米线晶体管需要半导体结来帮助控制电子流，但有些器件不含结，电子流是由挤压纳米线的圆形结构控制的，这种结构增加或减少电子流取决于环是处于“松弛”还是“挤压”状态。

未来还有一些其他应用领域可能会受益。其中包括柔性电子设备和传感器。目前有关于柔性电子产品的热议，特别是因为它有一些非常科幻的东西。当人们意识到二维材料可用于电子设备的电池和触摸屏时，他们开始对柔性电子产品感到兴奋。但是这些组件仍然需要连接，这就是纳米线可以发挥作用的地方。纳米线可以结合到各种薄层材料复合材料中，并可以充当柔性导电介质。然后它们可以与设备中的任何其他柔性材料一起弯曲，而不会影响设备的导电性。另外，因为它们太小了，它们几乎是不可见的，不会构成屏幕的光学透明度。柔性电子产品领域可能包括手机和笔记本电脑等消费电子产品以及用于医疗和健身应用的可穿戴设备。

对于传感器，很多人都知道纳米材料提升了各类传感器的传感能力。到目前为止，纳米线传感器已用于测量各种化学品、气体和生物分子以及 pH 值。基于纳米线的传感器具有与场效应晶体管 (FET) 的工作方式非常相似的传感机制。在基于纳米线的传感器中，纳米线通常由半导体材料制成。当传感器表面的受体与目标分子之间发生相互作用时，它会引起表面电位的变化，从而改变半导体中空穴和/或电子的局部密度——然后产生可检测和可测量的变化。

纳米线提供了一种通过充当设备中组件之间的导电介质来使电子设备小型化并创建更灵活的电子设备的方法。与传统电线非常相似，纳米线中的电子将沿着材料的长轴流动，纳米线可以捆绑在一起，以在更小的空间区域中产生更高的电导率。纳米线可广泛用于电子领域的各种应用，最常见的是晶体管，但也可用于柔性和可穿戴电子产品、透明电子产品和传感器。