Pattern-Directed Growth of Metal Chalcogenide Nanostructures on Surfaces: Composition and Structure Control

金属硫属化物纳米结构在表面上的图案定向生长:成分和结构控制

基本信息

  • 批准号:
    2203835
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 48.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry Program (MSN) in the Division of Chemistry, Professor Amy Walker of the University of Texas at Dallas is developing solution-based chemical synthesis methods to prepare semiconductor nanowires and other structures on surfaces. Nanowires have widths measured in nanometers, or millionths of a millimeter. The nanowires in this study are composed either of a single semiconductor material or two different semiconductors one inside the other, commonly called a core-shell structure. Creating electronics and other devices using solution-based synthesis is more environmentally friendly and cheaper than other methods, but it is difficult to precisely place solution-grown nanowires on surfaces to form circuits. Professor Walker and her students are growing semiconductor nanowires in-place with high precision using a new approach: SEmiconductor Nanowire Deposition On Micropatterned Substrates, or SENDOM. In this project fundamental studies will be used to improve and extend SENDOM, and the creation of complex electronic devices using SENDOM will be demonstrated. These advances could lead to improvements and cost reductions in technologies ranging from nanoelectronics to sensing. This, in turn, will have broad and positive societal impact by improving access to information technology, safety, and environmental quality.In this work simple, robust, and scalable strategies for the surface-directed in-place growth of complex metal chalcogenide nanowires and heterostructures are developed. These address key challenges in the integration of complex nanoassemblies in practical devices. In SEmiconductor Nanowire Deposition On Micropatterned Substrates (SENDOM), the controlled growth of nanowires occurs at the interfaces between dissimilar areas of a multifunctional micropatterned substrate immersed in a suitable solution. The resulting nanowires can be centimeters long and can follow complex paths. To date SENDOM has been demonstrated for single semiconductor nanowires. Extensions of SENDOM will be developed and used to grow in situ metal chalcogenide core-shell, mixed-metal and mixed-chalcogenide nanowires. To fully exploit and optimize SENDOM a clear mechanistic understanding is required of how nanowire growth rate and composition are affected by the chemistry of the chalcogenide precursor, metal precursor and complexing agent, as well as their interactions with the patterned surface. This will be addressed by real-time monitoring of the bath chemistry and multi-technique characterization of the deposited materials. Finally, fabrication of nanowire-based field-effect transistors and memories will be demonstrated using SENDOM.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学划分中的大分子,超分子和纳米化学计划(MSN)的支持下,达拉斯得克萨斯大学达拉斯分校的艾米·沃克教授正在开发基于溶液的化学合成方法,以准备半导体的纳米纳维因纳米含量和表面上的其他结构。纳米线的宽度在纳米或百万分之一中测量。这项研究中的纳米线是单个半导体材料或两个不同的半导体组成的,一个通常称为核心壳结构。与其他方法相比,使用基于溶液的合成来创建电子设备和其他设备更环保和便宜,但是很难精确地将溶液生长的纳米线放在表面上以形成电路。沃克教授和她的学生正在使用新方法高精度地种植半导体纳米线:半导体纳米线对微图案底物或sendom的沉积。在这个项目中,基本研究将用于改进和扩展发送sendom,并将证明使用Sendom创建复杂的电子设备。这些进步可能会导致从纳米电子到感应的技术的改善和成本降低。反过来,这将通过改善获得信息技术,安全性和环境质量的访问,从而产生广泛而积极的社会影响。在这项工作中,开发了简单,健壮且可扩展的策略,用于开发出复杂金属辣椒剂纳米线和异质结构的地面定向的现场生长。这些解决了在实用设备中复杂的纳米组件集成中的关键挑战。在微图案底物(sendom)上的半导体纳米线沉积中,纳米线的受控生长发生在浸入合适溶液中的多功能微图案底物的相似区域之间的界面上。所得的纳米线可以长厘米,并且可以遵循复杂的路径。迄今为止,已证明了单个半导体纳米线的sendom。 sendom的扩展将被开发,并用于生长原位金属金属硫化盐核壳,混合金属和混合核苷纳米线。为了充分利用和优化sendom,需要清楚的机械理解,这是对纳米线的生长速率和成分如何受到Chalcogenide前体,金属前体和络合剂的化学影响以及它们与图案表面的相互作用的影响。这将通过实时监测浴室化学和沉积材料的多技术表征来解决。最后,将使用Sendom来证明基于纳米线的现场效应晶体管和记忆的制造。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准,被认为值得通过评估来获得支持。

项目成果

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