硅納米線的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

胡德巍,唐安江,,唐石云,韋德舉,田合鑫

(1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州理工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550003)

0 引 言

當(dāng)材料尺度達(dá)納米級(jí)后，會(huì)出現(xiàn)一系列物理效應(yīng)，如量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、庫(kù)倫阻塞效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及體積效應(yīng)等[1-4]。硅納米線具備納米材料的全部物理效應(yīng)，是半導(dǎo)體納米材料的首要代表，在半導(dǎo)體領(lǐng)域具有其特殊性質(zhì)，還有異于體硅材料的物理屬性，例如場(chǎng)發(fā)射、可見(jiàn)光致發(fā)光及熱導(dǎo)率等[5-7]，在傳感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光催化和電池等方面都具有很好的應(yīng)用市場(chǎng)。目前，有關(guān)其制備方法有諸多，主要有：化學(xué)氣相沉積(CVD)、分子束外延(MEB)、激光燒蝕(LA)、氧化物輔助(OAG)、溶液法和刻蝕法等。按生長(zhǎng)模式可分為兩類(lèi)，即“自上而下”和“自下而上”技術(shù)?！白韵露稀笔墙?jīng)過(guò)自組裝形式從原子層面不斷沉積生長(zhǎng)出納米結(jié)構(gòu)的模式[8]。主要包括化學(xué)氣相沉積、分子束外延、激光燒蝕、氧化物輔助法和溶液法等。“自上而下”首先是對(duì)模板進(jìn)行刻蝕預(yù)處理，把樣品刻燭成想要大小尺寸的納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)模式。可比喻為用石頭雕刻，基材被逐漸腐蝕，最終達(dá)到想要形狀。其方法有電子束光刻(EBL)[9-10]、納米壓印光刻[11]和金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)[12]。“自下而上”生長(zhǎng)模式下的硅納米線優(yōu)勢(shì)在于晶體生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)在硅納米線合成過(guò)程中加入摻雜前驅(qū)體來(lái)進(jìn)行原位摻雜。而“自上而下”生長(zhǎng)模式下的硅納米線更容易得到陣列，且適用于電子器件領(lǐng)域。在精確尋址能力上對(duì)制備提出了重大要求，特別是在器件定義、放置和密度方面，這通常是自上而下制造工藝的優(yōu)勢(shì)。目前關(guān)于以不同生長(zhǎng)模式來(lái)系統(tǒng)地總結(jié)硅納米線的制備方法報(bào)道很少，同時(shí)對(duì)于平行硅納米線和垂直硅納米線的研究進(jìn)行詳細(xì)概括的也相對(duì)較少。因此，本文綜述了硅納米線兩種不同生長(zhǎng)模式的制備方法并分析了各方法的利與弊，然后介紹了近年來(lái)平面硅納米線和垂直硅納米線的研究進(jìn)展，為科研人員在硅納米線制備研究提供一定參考。

1 自下而上技術(shù)

1.1 化學(xué)氣相沉積(CVD)

圖1為CVD生長(zhǎng)硅納米線示意圖。其過(guò)程是將氣態(tài)硅源作為反應(yīng)前驅(qū)體，在襯底上通過(guò)氣體間的化學(xué)反應(yīng)沉積得到硅納米線。硅納米線的生長(zhǎng)過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：第一步是硅源氣體在系統(tǒng)中擴(kuò)散；第二步是前驅(qū)體被襯底表面吸附；第三步是在襯底上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；第四步是硅納米線在襯底沉積成核再生長(zhǎng)；第五步是氣體的解吸、分散及揮發(fā)。研究初期，該方法是被用來(lái)沉積薄膜硅的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，首先在襯底表面鍍一層幾納米的金膜(Au)，然后讓氣態(tài)硅源不斷沉積析出，最后從襯底表面隨著合金液滴不斷生長(zhǎng)，得到垂直于襯底的硅納米線。進(jìn)而開(kāi)拓了硅納米線研究領(lǐng)域新熱潮。通過(guò)該方法生長(zhǎng)硅納米線實(shí)際上是氣液固三相的過(guò)程，即氣液固機(jī)理(VLS)，而氣液固機(jī)理最開(kāi)始是由Wagner和Ellis提出的[13]，并指出了金屬催化劑在硅納米線生長(zhǎng)過(guò)程中的重要性，是制備硅納米線最常見(jiàn)的方法，也是最能實(shí)現(xiàn)硅納米線工業(yè)化生產(chǎn)的方法。

先在硅襯底表面蒸發(fā)沉積幾納米到幾百納米的金屬膜做催化劑(通常選用Au做催化劑)，然后加熱到金屬和硅形成的合金最低共融點(diǎn)(363 ℃)以上，使金屬膜轉(zhuǎn)化為合金液滴，再通入氣相硅源前驅(qū)體，前驅(qū)體分解在金屬膜表面，被其吸收后，當(dāng)硅原子在合金液滴中達(dá)過(guò)飽和態(tài)時(shí)，就會(huì)從金屬膜和襯底之間不斷析出沉積，然后形成硅晶核。繼續(xù)不斷沉積，最終得到想要的硅納米線。

硅納米線生長(zhǎng)過(guò)程是氣相硅化合物→液態(tài)金屬M(fèi)/Si合金→固態(tài)硅納米線，通常情況，VLS生長(zhǎng)得到的硅納米線結(jié)構(gòu)為垂直于襯底的。而且所得硅納米線直徑都要小于或等于催化劑直徑，故硅納米線直徑大小可通過(guò)催化劑直徑來(lái)控制[14]。

在VLS生長(zhǎng)過(guò)程中，溫度需高于金屬M(fèi)/Si共融溫度，主要保證催化劑處于液態(tài)。但有實(shí)驗(yàn)證明催化劑并非一定要呈現(xiàn)液態(tài)，故這可能并不是生長(zhǎng)硅納米線的必要條件[15]。當(dāng)生長(zhǎng)溫度低于合金液滴溫度，催化劑呈固態(tài)，也能進(jìn)行催化作用，最終生長(zhǎng)出硅納米線，稱(chēng)之為氣固固(VSS)生長(zhǎng)機(jī)理。目前，VSS的詳細(xì)機(jī)理還沒(méi)得到科研工作者的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還需進(jìn)一步深入研究。目前CVD法的優(yōu)點(diǎn)是可用來(lái)宏量制備硅納米線，反應(yīng)所需時(shí)間短，為 10～30 min，設(shè)備操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是沉積速率低，設(shè)備價(jià)格較貴。

圖1 化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)硅納米線Fig.1 Growth of silicon nanowires by CVD

圖2 MBE生長(zhǎng)硅納米線Fig.2 Growth of silicon nanowires by MBE

1.2 分子束外延技術(shù)(MBE)

圖2為MBE生長(zhǎng)硅納米線示意圖。該技術(shù)是把系統(tǒng)中硅原子氣體供應(yīng)給襯底上的金屬膜，再基于VLS機(jī)理的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)出高純硅納米線，直徑可達(dá)70～200 nm[16]。與CVD相比，該技術(shù)是以單質(zhì)硅為氣態(tài)前驅(qū)體，且硅易氧化，故為避免系統(tǒng)中殘留的O2對(duì)襯底和硅納米線的污染，需將MBE系統(tǒng)進(jìn)行真空處理。

首先在襯底鍍一層Au薄膜，將襯底放置于MBE系統(tǒng)中退火處理，當(dāng)溫度達(dá)到共融溫度，襯底上的Au薄膜會(huì)形成Au/Si液滴，這個(gè)時(shí)候開(kāi)始加熱蒸發(fā)單質(zhì)Si源得到高純Si原子被Au/Si液滴吸收并在其催化作用下生長(zhǎng)出豎直硅納米線。MBE生長(zhǎng)溫度在500～700 ℃之間[17-18]。該技術(shù)得到的產(chǎn)物為單晶硅，其方向?yàn)?111>晶面。對(duì)于目前MBE法，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于硅原子束控制相當(dāng)準(zhǔn)確，成膜機(jī)理簡(jiǎn)單，可原位集成多種分析測(cè)試手段。在反應(yīng)過(guò)程無(wú)化學(xué)反應(yīng)參與，因此可在低溫下制備納米材料。這對(duì)很多材料而言，無(wú)疑是最便利的。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性低，生長(zhǎng)速率也低。對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，儀器設(shè)備的穩(wěn)定性是非常關(guān)鍵的。

1.3 激光燒蝕技術(shù)(LA)

圖3為L(zhǎng)A制備硅納米線示意圖。該技術(shù)又稱(chēng)激光蒸發(fā)技術(shù)，其原理是用激光作為熱源, 對(duì)含有金屬粉末的靶材進(jìn)行加熱, 蒸發(fā)出大量靶材原子, 在惰性氣體(Ar或N2)氛圍下迅速冷凝, 然后在襯底上形成硅納米線[19]。

Lieber等[20]首次提出結(jié)合金屬 VLS 生長(zhǎng)機(jī)理的激光燒蝕技術(shù)，并能容易地制備出大量直徑約 10 nm 的硅納米線。激光燒蝕技術(shù)與CVD和MBE相比有兩個(gè)明顯區(qū)別：(1)激光燒蝕需將催化劑和單質(zhì)硅源融為一個(gè)整體；(2)在生長(zhǎng)硅納米線時(shí)，部分產(chǎn)物在氣態(tài)中生長(zhǎng)。目前LA法優(yōu)點(diǎn)是硅納米線制備時(shí)，可根據(jù)相圖選擇金屬催化劑含量和制備硅納米線所需溫度，且得到的硅納米線直徑一般比其他方法要小(低于20 nm)，純度高，操作便捷，可控性好；缺點(diǎn)是設(shè)備要求高，生長(zhǎng)速率慢。

1.4 氧化物輔助法(OAG)

圖4為OAG示意圖[21]。在硅納米線研究初期，添加金屬作催化劑是必不可少的，但隨著科研者工作的不斷深入，無(wú)催化劑也可制備硅納米線，避免了對(duì)產(chǎn)物的污染。Pan等[22]利用激光燒蝕法生長(zhǎng)硅納米線的研究中發(fā)現(xiàn)，將SiO提前加入靶材中后，硅納米線的產(chǎn)量反而增加，催化劑對(duì)產(chǎn)量的影響很小。之后，他們提出氧化物輔助生長(zhǎng)機(jī)理(OAG)[23]。

該生長(zhǎng)機(jī)理關(guān)鍵在于系統(tǒng)中發(fā)生了歧化反應(yīng)，由SiO很容易歧化得到Si與SiO2，得到的硅納米線是由晶體硅核及一層無(wú)定形硅氧化合物組成。目前OAG法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物沒(méi)有金屬污染，操作簡(jiǎn)單；而缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度較高，設(shè)備要求高，不好控制硅納米線生長(zhǎng)。

圖3 激光燒蝕制備硅納米線[19]Fig.3 Preparation of silicon nanowires by LA[19]

圖4 氧化輔助生長(zhǎng)硅納米線示意圖[21]Fig.4 Growth of silicon nanowires by OAG[21]

1.5 溶液法

圖5 溶液法生長(zhǎng)硅納米線[24]Fig.5 Growth of silicon nanowires by solution method[24]

圖5為溶液法制備硅納米線示意圖[24]。溶液法是指在反應(yīng)器中放入液態(tài)硅源前驅(qū)體和金屬催化劑，一定壓力溫度下，前驅(qū)體分解出硅原子，與催化劑形成合金液滴，然后硅原子在合金液滴中達(dá)到過(guò)飽和態(tài)時(shí)，析出Si原子，最后得到高純硅納米線。該方法有良好的可控性和化學(xué)選擇性, 在量子點(diǎn)的制備中已得到證明[25], 因此使用該方法制備高純硅納米線是可行的。

Justin等[26]提出了利用超臨界溶液法合成極易控制，具有高結(jié)晶、直徑小且可調(diào)結(jié)晶方向的硅納米線。他們選用二苯基硅烷作硅源前驅(qū)體，在反應(yīng)器中放入前驅(qū)體、正己烷和Au，在一定溫度壓力下，前驅(qū)體逐漸分解為硅原子，然后擴(kuò)散，與Au形成合金液滴。當(dāng)硅原子濃度在合金液滴中達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，就會(huì)不斷析出Si原子，最終形成硅納米線。Heitsch等[27]采用丙硅烷為前驅(qū)體，Au和Bi作為催化劑，在常壓下，高沸點(diǎn)溶劑中基于固液固(SLS)生長(zhǎng)機(jī)理制備了大量硅納米線。目前溶液法優(yōu)點(diǎn)在于生長(zhǎng)溫度低，一般在75～100 ℃，操作簡(jiǎn)易、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、純度高、結(jié)晶好、且適合大規(guī)模應(yīng)用；缺點(diǎn)是生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)條件不成熟，理論研究不夠深入。

2 自上而下技術(shù)

2.1 電子束光刻(EBL)

圖6 電子束光刻技術(shù)生長(zhǎng)硅納米線[28]Fig.6 Growth of silicon nanowires by EBL[28]

圖6為電子束光刻技術(shù)生長(zhǎng)硅納米線示意圖[28]。它是指在硅襯底上進(jìn)行刻蝕，形成電子束標(biāo)記，把光刻膠(PR)除去、進(jìn)行甩膠、使用電子束光刻技術(shù)得到納米線硬掩膜圖案，再對(duì)刻蝕進(jìn)行硅襯底，再把光刻膠除去，最后得到硅納米線。該技術(shù)有極高的分辨率，可達(dá)納米級(jí)，制作尺寸最小可達(dá)10～20 nm。因?yàn)殡娮邮饪淌菬o(wú)掩膜直寫(xiě)型的，所以靈活性很高，可用來(lái)直接制作各種不同類(lèi)型的圖形，但是產(chǎn)率極低。

Nor等[10]使用基于SEM的電子束光刻技術(shù)制備了50 nm的硅納米線，可對(duì)硅納米線的長(zhǎng)度和直徑進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。目前EBL優(yōu)點(diǎn)在于電子束中電子波長(zhǎng)短，所以它的分辨率較高，可達(dá)納米級(jí)。使用直寫(xiě)工作方式進(jìn)行圖形曝光，加工方式靈活；缺點(diǎn)是產(chǎn)率較低，很難精確控制刻蝕深度，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。

2.2 納米壓印光刻技術(shù)

圖7為納米壓印光刻技術(shù)生長(zhǎng)示意圖[29]。它是利用模具材料和預(yù)加工材料之間的楊氏模量差, 通過(guò)兩種材料相互作用后完成圖形的復(fù)制轉(zhuǎn)移。納米壓印圖型轉(zhuǎn)移是通過(guò)模具向下擠壓使抗蝕劑流動(dòng)并填充到模具表面腔體結(jié)構(gòu)中，填充完成后，又在壓力作用下使抗蝕劑繼變薄到后面工藝允許的范圍內(nèi)停止擠壓并固化抗蝕劑[30]。與傳統(tǒng)的光刻方法不同，壓印光刻本身不使用任何高能光束。

圖7 納米壓印光刻技術(shù)生長(zhǎng)硅納米線[29]Fig.7 Growth of silicon nanowires by nanoimprint lithography[29]

圖8 金屬輔助化學(xué)刻蝕法生長(zhǎng)硅納米線示意圖[31]Fig.8 Growth of silicon nanowires by MACE[31] (A. Silicon wafer; B. Electroless silver plating forms nano-silver clusters; C. Growth of silicon nanowires)

Kim等[29]通過(guò)UV輔助納米壓印光刻技術(shù)制造除了硅納米線FET器件。并且通過(guò)電導(dǎo)率與時(shí)間之間的特性(在10 pmol/L至100 nmol/L之間)成功地測(cè)量了多胺。目前納米壓印光刻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是有較高分辨率、低成本和高產(chǎn)率；缺點(diǎn)是脫模難度大，容易污染產(chǎn)物。由于該技術(shù)大多數(shù)是不連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，故不能大規(guī)模制備。

2.3 金屬輔助化學(xué)刻蝕(MACE)

圖8為MACE生長(zhǎng)硅納米線示意圖[31]。它是指在金屬催化劑的作用下，用HF對(duì)單晶硅襯底表面進(jìn)行刻蝕后生長(zhǎng)出硅納米線。Dimova等[12]在HF∶AgNO3∶H2O=1∶3∶5刻蝕溶液中，金屬鋁作為催化劑，發(fā)現(xiàn)硅襯底表面的刻蝕速度受到金屬鋁的影響，放入溶液中的硅表面快速被刻蝕，就首次提出該方法來(lái)制備硅納米線。

在2002年，Peng等[31]將含AgNO3的HF水溶液中沒(méi)有使用模板在硅片上制備了大面積有序的硅納米線陣列。他們把這種陣列的生長(zhǎng)歸因于自組裝、納米電化學(xué)過(guò)程和硅片表面上發(fā)生的銀團(tuán)簇生長(zhǎng)，還表明該技術(shù)還適用于其他半導(dǎo)體材料。表1列舉了各硅納米線制備方法優(yōu)缺點(diǎn)。目前MACE法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本較低、質(zhì)量好和比表面積高；缺點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)的各向異性較差，刻蝕精密度不高，有較多顆粒污染。

表1 硅納米線制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of preparation method of silicon nanowires

3 平面硅納米線與垂直硅納米線

3.1 平面硅納米線(IP-SiNWs)

經(jīng)過(guò)對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕，生長(zhǎng)出的硅納米線，即平面硅納米線，但該硅納米線的形貌和直徑受到光刻技術(shù)的約束，所以需要對(duì)其進(jìn)行氧化來(lái)減少直徑，最后可得到直徑為15 nm的平面硅納米線[32]。

圖9為平面硅納米線生長(zhǎng)示意圖及SEM照片[33]。Yu等[33]提出了一種將金屬催化劑放置在襯底表面上，再通過(guò)原子自組裝得到平面硅納米線的方法，將其稱(chēng)為平面固液固(IP-SLS)生長(zhǎng)模式。在實(shí)驗(yàn)中，銦催化劑液滴在SiNW的生長(zhǎng)過(guò)程中起促進(jìn)作用，將周?chē)腶-Si∶H基體轉(zhuǎn)化為單晶SiNW，還直接觀察到超高的生長(zhǎng)速率(>102 nm/s)和豐富的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。

圖9 平面硅納米線的生長(zhǎng)示意圖及SEM照片 (a～d)硅納米線生長(zhǎng)步驟；(e)平面硅納米線生長(zhǎng)方式； (f)為平面硅納米線的SEM照片[33]Fig.9 Schematic and SEM images of the growth of IP-SiNWs (a-d)growth step of silicon nanowires; (e)growth model of IP-SiNWs;(f)SEM image of IP-SiNW[33]

由SEM照片可看出平面硅納米線被銦催化劑液滴引導(dǎo)生長(zhǎng)，長(zhǎng)度為20 μm?？梢詫EM照片中看到的自我避免現(xiàn)象理解為溝槽區(qū)域中a-Si∶H被催化劑液滴完全吸收(或大大變薄)的結(jié)果。這中斷了用于SiNW生長(zhǎng)的a-Si∶H的連續(xù)供應(yīng)，因此防止了橫向SiNW的交叉。

與汽液固相比，前后界面的運(yùn)動(dòng)通過(guò)液體催化劑液滴耦合，從而引起液體催化劑液滴的變形(壓縮或拉伸)[34]。在以上實(shí)驗(yàn)的前提下，該課題組關(guān)于平面硅納米線又進(jìn)行了更深層次的探索，并建立了IP-SLS生長(zhǎng)模型，研究了其生長(zhǎng)機(jī)理[35-36]。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行精密控制，可得到想要的平面硅納米線形貌，可用于不同應(yīng)用中。與此同時(shí)，他們還研究了平面硅納米線在電子器件中的應(yīng)用[37-38]。之后，他們團(tuán)隊(duì)又做了大量關(guān)于平面硅納米線研究[39-42]。為其在電子器件領(lǐng)域提供了良好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。

3.2 垂直硅納米線(VA-SiNWS)

圖10為垂直硅納米線的生長(zhǎng)示意圖和SEM照片[43-44]。它是由光刻技術(shù)(電子束光刻或納米壓印光刻)與反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)襯底進(jìn)行加工后得到的垂直于襯底的硅納米線[45]。

Kayes等[43]通過(guò)對(duì)氧化層進(jìn)行光刻，金屬作為催化劑，在1 cm2區(qū)域上生長(zhǎng)直徑為1.5 μm，最大長(zhǎng)度為75 μm的垂直硅納米線陣列。Srivastava等[46]采用銀誘導(dǎo)的濕化學(xué)刻蝕法，室溫條件下，在HF和AgNO3水溶液中刻蝕p-硅(100)襯底，生長(zhǎng)得到大范圍硅納米線，能很好的減低反射率，可應(yīng)用于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。由于垂直硅納米線表現(xiàn)為亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的表面，可以在很大程度上抑制反射率，這樣的表面有可能作為硅太陽(yáng)能電池的抗反射表面。

4 硅納米線的應(yīng)用

硅納米線由于本身具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)特性，在電子器件、傳感器件和太陽(yáng)能電池中得到了廣泛應(yīng)用，故激起了研究者對(duì)其領(lǐng)域的深入研究。表2是硅納米線近年來(lái)在電子器件、傳感器件和太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用研究情況。

由表可預(yù)測(cè)，硅納米線在電子器件、傳感器件和太陽(yáng)能電池等方面有著特別突出的應(yīng)用價(jià)值，在近年來(lái)也是研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其應(yīng)用范圍廣泛，有很高的研究?jī)r(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

本文系統(tǒng)地介紹了兩種生長(zhǎng)模式下硅納米線的制備技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了目前文獻(xiàn)報(bào)道較少的平面硅納米線研究現(xiàn)狀，為硅納米線在電子器件方面提供了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。由于硅納米線包含在納米材料領(lǐng)域，故具備其所有的物理效應(yīng)，也具備半導(dǎo)體材料的所有優(yōu)良性質(zhì)。因此，在細(xì)胞成像、鋰離子電池、傳感器、光催化、發(fā)光器件、太陽(yáng)能光伏和場(chǎng)效應(yīng)結(jié)晶管等方面是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。硅納米線未來(lái)的研究重點(diǎn)將集中在以下方面：

(1)摻雜其他元素。改善硅納米線中載流子濃度和半導(dǎo)體類(lèi)型可以提高硅納米線的電子運(yùn)輸和場(chǎng)發(fā)射性能。目前對(duì)于表面改性后的硅納米線材料仍有諸多問(wèn)題，如較差的電子運(yùn)輸和較多的表面缺陷，需要更有效的表面改性方法，故摻雜將是未來(lái)硅納米線的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

(2)硅基負(fù)極材料。硅比容量在2 592～4 200 mAh/g，是如今鋰離子負(fù)極材料(石墨類(lèi)碳)的10倍左右，但由于充放電中的體積效應(yīng)的緣故，需要進(jìn)行更深入的研究。

(3)硅納米線不僅具備半導(dǎo)體材料的所有性能，也具備納米材料的所有物理效應(yīng)，因此可取得體硅材料不能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。

(4)單一結(jié)構(gòu)的生物傳感器在感測(cè)性能方面存在一些缺點(diǎn)，故多種結(jié)構(gòu)復(fù)合的生物傳感器將在今后成為研究重點(diǎn)。

(5)新型硅源制備硅納米線。目前制備硅納米線的原料通常采用固態(tài)或液態(tài)硅源，對(duì)于工業(yè)化制備還存在很大差距，故開(kāi)發(fā)新型硅源工業(yè)化制備硅納米線將成為今后的主要發(fā)展趨勢(shì)。

可預(yù)測(cè)硅納米線未來(lái)將帶領(lǐng)全新科學(xué)的發(fā)展，在細(xì)胞成像、鋰離子電池、傳感領(lǐng)域、光催化、發(fā)光器件，太陽(yáng)能光伏和場(chǎng)效應(yīng)結(jié)晶管等方面有廣闊的應(yīng)用。