半导体纳米线被广泛认为是彻底改变了纳米科学和纳米技术领域的基石。纳米线的独特功能，包括高电子传输，出色的机械强度，较大的表面积以及对它们的固有性质进行工程设计的能力，使新型的纳米机电系统（NEMS）成为可能。纳米线形式的宽带隙半导体因其在环境监测和能量采集方面的巨大潜力而成为研究的热点。

有鉴于此，格里菲斯大学的Hoang‐Phuong Phan、Nam‐Trung Nguyen、Tuan‐Anh Pham和昆士兰大学Yusuke Yamauchi等人，综述了作为NEMS材料的碳化硅(SiC)、III族氮化物和金刚石纳米线的生长、性能和应用方面的最新进展。

本文要点

1）首先介绍了材料的发展和制造技术，涵盖了从下至上和从上至下两种方法。在机械、电学、光学和热性质的讨论中，详细介绍了WBG纳米线的基本物理特性，以及它们在NEMS中的潜力。回顾了一系列的传感和电子设备，特别是环境监测，进一步扩大了其在工业应用的能力。总结了基于纳米线的环境监测应用的优缺点，并为这一快速发展的研究领域的未来发展指明了方向。

2）近几十年来，从材料加工、基本表征到实际器件开发，WBG半导体纳米线领域发展迅速。广泛的从下至上和从上至下的方法被广泛应用于合成SiC、III族氮化物和金刚石纳米线，作为各种传感设备的构件。每种方法都有其独特的优点和不可避免的缺点。自下而上的纳米线生长方法提供了极大的灵活性，可以实现具有复杂成分的复杂纳米结构，而这可能是自上向下的方法无法实现的。相比之下，自上而下工艺可以获得高度有序的半导体纳米线阵列，具有完美的均匀性和可重复性，可用于传感设备的晶圆级制造。从实践的角度来看，预计将自下而上和自上而下两种方法巧妙地结合起来，将成为未来开发具有前所未有性能的创新纳米线传感设备的途径，这可能是单靠这两种技术都无法实现的。进一步深入了解纳米线的生长机理，进一步优化生长参数，不断改进先进纳米加工技术，精确控制纳米线的晶体结构、尺寸、相纯度、界面、缺陷、成分和取向。这是为未来纳米线传感设备的逐步发展以及将其集成到标准化电子设备中建立基础平台的先决条件。

3）半导体纳米线的内在显著特性可以进一步增强，以集成到高性能多功能传感装置中。在这种情况下，已经成功开发了几种有效的方案来增强各种半导体纳米线的特性，例如掺杂，表面改性，组合不同的材料以创建异质结构，施加外部应变。但是，与众所周知的Si纳米线相比，本综述所关注的WBG半导体纳米线的性能改进仍处于技术发展的早期阶段，因此，迫切需要对这些纳米线进行更多的研究。此外，不断寻求新的、成本效益高的途径，进一步提高纳米线传感设备的长期稳定性、选择性和灵敏度，也是至关重要的。在机械传感应用中，压阻效应和压电效应被用作基本传感原理。与硅纳米线相比，由于缺乏全面的理论和实验研究，SiC、III族氮化物和金刚石纳米线中的这些传感现象还没有被完全理解。例如，与硅纳米线不同，对这类纳米线的巨大压阻效应的研究迄今报道甚少。此外，为了保证纳米线传感设备的长期运行，应考虑传感设备在高温、太阳辐射、酸性雨、腐蚀、氧化等极端条件下压阻效应的稳定性。

参考文献：

Tuan‐Anh Pham et al. Nanoarchitectonics for Wide Bandgap Semiconductor Nanowires: Toward the Next Generation of Nanoelectromechanical Systems for Environmental Monitoring. Advanced Science, 2020.

DOI: 10.1002/advs.202001294

https://doi.org/10.1002/advs.202001294