Review of nanostructured devices for thermoelectric applications

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 5, Issue 1, 2014, Pages 1268-1284

  Pennelli, Giovanni ^a  

^a UNIVERSITY OF PISA   (Italy)

Author keywords

Nanofabrication; Nanostructures; Silicon nanowires; Thermoelectricity

Indexed keywords

NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY; NANOWIRES; SILICON; THERMOELECTRICITY;

NANOFABRICATION TECHNIQUES; NANOSTRUCTURED SILICON; SILICON NANOWIRE ARRAYS; SILICON NANOWIRES; TECHNOLOGICAL FEASIBILITY; THERMOELECTRIC APPLICATION; THERMOELECTRIC CONVERSION; THERMOELECTRIC PROPERTIES;

THERMOELECTRIC ENERGY CONVERSION;

EID: 84940273540     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.5.141     Document Type: Article

References (138)

1. Kraemer, D.; Poudel, B.; Feng, H.-P.; Caylor, J. C.; Yu, B.; Yan, X.; Ma, Y.; Wang, X.; Wang, D.; Muto, A.; McEnaney, K.; Chiesa, M.; Ren, Z.; Chen, G Nat. Mater. 2011, 10, 532-538.
2. Baranowski, L. L.; Snyder, G. J.; Toberer, E. S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9055-9067.
3. Su, S.; Liu, T.; Wang, Y.; Chen, X.; Wang, J.; Chen, J. Appl. Energy 2014, 120, 16-22.
4. Fisac, M.; Villasevil, F. X.; Lopez, A. M. J. Power Sources 2014, 252, 264-269.
5. Wang, Y.; Dai, C.; Wang, S.Appl. Energy 2013, 112, 1171-1180.
6. Quan, R.; Tang, X.; Quan, S.; Huang, L. J. Electron. Mater. 2013, 42, 1469-1475.
7. Yadav, G. G.; Susoreny, J. A.; Zhang, G.; Yang, H.; Wu, Y. Nanoscale 2011, 3, 3555-3562.
8. Li, D.; Wu, Y.; Kim, P.; Shi, L.; Yang, P.; Majumdar, A. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 2934-2936.
9. Hochbaum, A. I.; Chen, R.; Delgrado, R. D.; Liang, W.; Garnett, C. E.; Najarian, M.; Majumdar, A.; Yang, P. Nat. Lett. 2008, 451, 163-167.
10. Shi, L. Nanoscale Microscale Thermophys. Eng. 2012, 16, 79-116.
11. Xiao, N.; Dong, X.; Song, L.; Liu, D.; Tay, Y. Y.; Wu, S.; Li, L.; Zhao, Y.; Yu, T.; Zhang, H.; Huang, W.; Hng, H. H.; Ajayan, M.; Yan, Q. ACS Nano 2011, 5, 2749-2755.
12. Zuev, Y. M.; Chang, W.; Kim, P. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 096807.
13. Babichev, A. V.; Gasumyants, V. E.; Butko, V. Y. J. Appl. Phys. 2013, 113, 076101.
14. Ni, X.; Liang, G.; Wang, J.-S.; Li, B. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 192114.
15. Sevinçli, H.; Cuniberti, G. Phys. Rev. B 2010, 81, 113401.
16. Dragoman, D.; Dragoma, M. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 203116.
17. Balandin, A. A.; Ghosh, S.; Bao, W.; Calizo, I.; Teweldebrhan, D.; Miao, F.; Lau, C. N. Nano Lett. 2008, 8, 902-907.
18. Pennelli, G.; Macucci, M. J. Appl. Phys. 2013, 114, 214507.
19. Goldsmid, H. J.; Douglass, R. W. Br. J. Appl. Phys. 1954, 5, 386.
20. Goldsmid, H. J.; Sheard, A. R.; Wright, D. A. Br. J. Appl. Phys. 1958, 9, 365.
21. Satterthwaite, C. B.; Ure, R. W., Jr. Phys. Rev. 1957, 108, 1164.
22. Hyun, D. B.; Hwang, J. S.; Oh, T. S.; Shim, J. D.; Kolomoets, N. V. J. Phys. Chem. Solids 1998, 59, 1039-1044.
23. Yamashita, O.; Tomiyoshi, S.; Makita, K. J. Appl. Phys. 2003, 93, 368.
24. Yamashita, O.; Tomiyoshi, S. J. Appl. Phys. 2004, 95, 6277.
25. Yan, X.; Poudel, B.; Ma, Y.; Liu, W. S.; Joshi, G.; Wang, H.; Lan, Y.; Wang, D.; Chen, G.; Ren, Z. F. Nano Lett. 2010, 10, 3373-3378.
26. Poudel, B.; Hao, Q.; Ma, Y.; Lan, Y.; Minnich, A.; Yu, B.; Yan, X.; Wang, D.; Muto, A.; Vashaee, D.; Chen, X.; Liu, J.; Dresselhaus, M. S.; Chen, G.; Ren, Z. Science 2008, 320, 634-638.
27. Dughaish, Z. H. Physica B 2002, 322, 205-223.
28. Gelbstein, Y.; Dashevsky, Z.; Dariel, M. P. Physica B 2005, 363, 196-205.
29. Girard, S. N.; He, J.; Zhou, X.; Shoemaker, D.; Jaworski, C. M.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Heremans, J. P.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16588-16597.
30. Biswas, K.; He, J.; Blum, I. D.; Wu, C.-I.; Hogan, T. P.; Seidman, D. N.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. Nature 2012, 489, 414-418.
31. Sales, B. C.; Mandrus, D.; Williams, R. K. Science 1996, 272, 1325-1328.
32. Nolas, G. S.; Cohn, J. L.; Slack, G. A. Phys. Rev. B 1998, 58, 164.
33. Puyet, M.; Lenoir, B.; Dauscher, A.; Weisbecker, P.; Clarke, S. J.J. Solid State Chem. 2004, 177, 2138-2143.
34. Sales, B. C.; Chakoumakos, B. C.; Mandrus, D. Phys. Rev. B 2000, 61, 2475.
35. Shi, X.; Yang, J.; Salvador, J. R.; Chi, M.; Cho, J. Y.; Wang, H.; Bai, S.; Yang, J.; Zhang, W.; Chen, L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7837-7846.
36. Ballikaya, S.; Uzar, N.; Yildirim, S.; Salvador, J. R.; Uher, C. J. Solid State Chem. 2012, 193, 31-35.
37. Ballikaya, S.; Uher, C. J. Alloys Compd. 2014, 585, 168-176.
38. Wang, X. W.; Lee, H.; Lan, Y. C.; Zhu, G. H.; Joshi, G.; Wang, D. Z.; Yang, J.; Muto, A. J.; Tang, M. Y.; Klatsky, J.; Song, S.; Dresselhaus, M. S.; Chen, G.; Ren, Z. F. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 193121.
39. Slack, G. A.; Hussain, M. A. J. Appl. Phys. 1991, 70, 2694.
40. Yang, B.; Liu, W. L.; Liu, J. L.; Wang, K. L.; Chen, G. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3588.
41. Lee, S.-M.; Cahill, D. G.; Venkatasubramanian, R. Appl. Phys. Lett. 1997, 70, 2957.
42. Battiston, S.; Fiameni, S.; Saleemi, M.; Boldrini, S.; Famengo, A.; Agresti, F.; Stingaciu, M.; Toprak, M. S.; Fabrizio, M.; Barison, S. J. Electron. Mater. 2013, 42, 1956-1959.
43. Fiameni, S.; Battiston, S.; Boldrini, S.; Famengo, S.; Agresti, F.; Barison, S.; Fabrizio, M. J. Solid State Chem. 2012, 193, 142.
44. Neophytou, N.; Zianni, X.; Kosina, H.; Frabboni, S.; Lorenzi, B.; Narducci, D. Nanotechnology 2013, 24, 205402.
45. Hics, L. D.; Dresselhaus, M. S. Phys. Rev. B 1993, 47, 12727-12731.
46. Hics, L. D.; Dresselhaus, M. S. Phys. Rev. B 1993, 47, 16631-16634.
47. Heremans, J. P. Acta Physica Polonica A 2005, 108, 609-634.
48. Liang, G.; Huang, W.; Koong, S.; Wang, J.-S.; Lan, J. J. Appl. Phys. 2010, 107, 014317.
49. Boukay, A. I.; Bunimovich, Y.; Tahir-Kheli, J.; Yu, J.-K.; Goddard, W. A., III; Heat, J. R. Nat. Lett. 2008, 451, 168-171.
50. Hippalgaonkar, K.; Huang, B.; Chen, R.; Sawyer, K.; Ercius, P.; Majumdar, A. Nano Lett. 2010, 10, 4341-4348.
51. Mingo, N. Phys. Rev. B 2003, 68, 113308.
52. Zou, J.; Balandin, A. J. Appl. Phys. 2001, 89, 2932-2938.
53. Chantrenne, P.; Barrat, J. L.; Blase, X.; Gale, J. D. J. Appl. Phys. 2005, 97, 104318.
54. Kazan, M.; Guisbiers, G.; Pereira, S.; Correia, M. R.; Masri, P.; Bruyant, A.; Volz, S.; Royer, P. J. Appl. Phys. 2010, 107, 083503.
55. Lim, J.; Hippalgaonkar, K.; Andrews, C. S.; Majumdar, A.; Yang, P. Nano Lett. 2012, 12, 2475-2482.
56. Park, Y.-H.; Kim, J.; Kim, H.; Kim, I.; Lee, K.-Y.; Seo, D.; Choi, H.-J.; Kim, W. Appl. Phys. A 2011, 104, 7-14.
57. Chen, R.; Hochbaum, A. I.; Murphy, P.; Moore, J.; Yang, P.; Majumdar, A. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 105501.
58. Kim, H.; Park, H.-Y.; Kim, I.; Kim, J.; Choi, J.-H.; Kim, W. Appl. Phys. A 2011, 104, 23-28.
59. Feser, J. P.; Sadhu, J. S.; Azeredo, B. P.; Hsu, H. K.; Ma, J.; Kim, J.; Seong, M.; Fang, N. X.; Li, X.; Ferreira, P. M.; Sinha, S.; Cahill, D. G. J. Appl. Phys. 2012, 112, 114306.
60. Casimir, H. B. G. Physica 1938, 5, 495-500.
61. Heron, J. S.; Fournier, T.; Mingo, N.; Bourgeois, O. Nano Lett. 2009, 9, 1861-1865.
62. Moore, A. L.; Saha, S. K.; Prasher, R. S.; Li, S. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 083112.
63. Martin, P.; Aksamija, Z.; Pop, E.; Ravaioli, U. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 125503.
64. Liu, L.; Chen, X. J. Appl. Phys. 2010, 107, 033501.
65. Carrete, J.; Gallego, L. J.; Varela, L. M.; Mingo, N. Phys. Rev. B 2011, 84, 075403.
66. Sadhu, J.; Sinha, S. Phys. Rev. B 2011, 84, 115450.
67. Seong, M.; Sadhu, J. S.; Ma, J.; Ghossoub, M. G.; Sihna, S. J. Appl. Phys. 2012, 111, 124319.
68. Wei, L.; Xie, P.; Lieber, C. M. IEEE Trans. Electron Devices 2008, 55, 2859-2876.
69. Pott, V.; Moselund, E. K.; Bouvet, D.; DeMichielis, L.; Ionescu, A. M. IEEE Trans. Nanotechnol. 2008, 7, 733-744.
70. Fu, J.; Sing, N.; Buddharaju, K. D.; Teo, S. H. G.; Shen, C.; Jiang, Y.; Zhu, C. X.; Yu, M. B.; Lo, G. Q.; Balasubramanian, N.; Kwong, D. L.; Gnani, E.; Baccarani, G. IEEE Electron Device Lett. 2008, 29, 518-521.
71. Cui, Y.; Wei, Q.; Park, H.; Lieber, C. M. Science 2001, 293, 1289-1292.
72. Talin, A. A.; Hunter, L. L.; Léonard, F.; Rokad, B. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 153102.
73. Stern, E.; Klemic, J. F.; Routenberg, D. A.; Wyrembak, P. N.; Turner-Evans, D. B.; Hamilton, A. D.; LaVan, D. A.; Fahmy, T. M.; Reed, M. A. Nat. Lett. 2007, 445, 519-522.
74. Wagner, R. S.; Ellis, W. C. Appl. Phys. Lett. 1964, 4, 89.
75. Westwater, J.; Gosain, D. P.; Tomiya, S.; Usui, S.; Ruda, H. J. Vac. Sci. Technol. B 1997, 15, 554.
76. Morales, A. M.; Lieber, C. M. Science 1998, 279, 208-211.
77. Hu, J.; Ouyang, M.; Yang, P.; Lieber, C. M. Nature 1999, 399, 48-51.
78. Cui, Y.; Duan, X.; Hu, J.; Lieber, C. M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 5213-5216.
79. Cui, Y.; Lauhon, L. J.; Gudiksen, M. S.; Wang, J.; Lieber, C. M. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 2214.
80. Cui, Y.; Lieber, C. M. Science 2001, 291, 851-853.
81. Samuelson, L.; Björk, M. T.; Depperd, K.; Larsson, M.; Ohlsson, B. J.; Panev, N.; Persson, A. I.; Sköld, N.; Thelander, C.; Wallenberg, L. R. Physica E 2004, 21, 560-567.
82. Hochbaum, A. I.; Fan, R.; He, R.; Yang, P. Nano Lett. 2005, 5, 457-460.
83. Schmidt, V.; Senz, S.; Gösele, U. Nano Lett. 2005, 5, 931-935.
84. Selzner, T.; Andrä, G.; Wendler, E.; Wesch, W.; Scholz, R.; Gösele, U.; Christiansen, S. Nanotechnology 2006, 17, 2895.
85. Kayes, B. M.; Filler, M. A.; Putnam, M. C.; Kelzenberg, M. D.; Lewis, N. S.; Atwater, H. A. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 103110.
86. Dávila, D.; Tarancón, A.; Fernández-Regúlez, M.; Calaza, C.; Salleras, M.; San Paulo, A.; Fonseca, L. J. Micromech. Microeng. 2011, 21, 104007.
87. Dávila, D.; Tarancón, A.; Calaza, C.; Salleras, M.; Fernández-Regúlez, M.; San Paulo, A.; Fonseca, L.Nano Energy 2012, 1, 812-819.
88. Pennelli, G.; Piotto, M.; Barillaro, G. Microelectron. Eng. 2006, 83, 1710.
89. Pennelli, G.; Piotto, M. Microelectron. Eng. 2006, 83, 1559.
90. Ciucci, S.; D'Angelo, F.; Diligenti, A.; Pellegrini, B.; Pennelli, G.; Piotto, M. Microelectron. Eng. 2005, 78-79, 338.
91. Pennelli, G.; Piotto, M. J. Appl. Phys. 2006, 100, 054507.
92. Pennelli, G.; Pellegrini, B. J. Appl. Phys. 2007, 101, 104502.
93. Pennelli, G. Microelectron. Eng. 2009, 86, 2139-2143.
94. Chien, F. S.-S.; Hsieh, W.-F.; Gwo, S.; Vladar, A. E.; Dagata, J. A. J. Appl. Phys. 2002, 91, 10044.
95. Legrand, B.; Dresmes, D.; Stiévenard, D. J. Vac. Sci. Technol., B 2002, 20, 862.
96. Ferri, M.; Suriano, F.; Roncaglia, A.; Solmi, S.; Cerofolini, G. F.; Romano, E.; Narducci, D. Microelectron. Eng. 2011, 88, 877-881.
97. Martinez, J.; Martinez, R. V.; Garcia, R. Nano Lett. 2008, 8, 3636.
98. Seidel, H.; Csepregi, L.; Heuberger, A.; Baumgärtel, H. J. Electrochem. Soc. 1990, 137, 3612-3626.
99. Madou, M. J. Fundamentals of microfabrication; CRC Press: London, U.K., 2002.
100. Totaro, M.; Bruschi, P.; Pennelli, G. Microelectron. Eng. 2012, 97
101. Pennelli, G.; Totaro, M.; Piotto, M.; Bruschi, P. Nano Lett. 2013, 13, 2592.
102. Pennelli, G.; Nannini, A.; Macucci, M J. Appl. Phys. 2014, 115, 084507.
103. Lu, L.; Yi, W.; Zhang, D. L. Rev. Sci. Instrum. 2001, 72, 2996.
104. Choi, T.-Y.; Poulikakos, D.; Tharian, J.; Sennhauser, U. Nano Lett. 2006, 6, 1589.
105. Laermer, F.; Schilp, A Method of anisotropically etching silicon. U.S. Pat. 5501893A, March 26, 1996.
106. Wu, B.; Kumar, A.; Pamarthy, S. J. Appl. Phys. 2010, 108, 051101.
107. Wang, X.; Zeng, W.; Lu, G.; Russo, O. L.; Eisenbraun, E. J. Vac. Sci. Technol. B 2007, 25, 1376.
108. Ayón, A. A.; Braff, R.; Lin, C. C.; Sawin, H. H.; Schmidt, M. A. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 339-349.
109. Morton, K. J.; Nieberg, G.; Bai, S.; Chou, S. Y. Nanotechnology 2008, 19, 345301.
110. Zeniou, A.; Ellinas, K.; Olziersky, A.; Gololides, E. Nanotechnology 2014, 25, 035302.
111. Parasuraman, J.; Summanwar, A.; Marty, F.; Basset, F.; Angelescu, D. E.; Bourouina, T. Microelectron. Eng. 2014, 113, 35-39.
112. Stranz, A.; Kähler, J.; Merzsch, S.; Waag, A.; Peiner, E. Microsyst. Technol. 2012, 18, 857-862.
113. Stranz, A.; Waag, A.; Peiner, E. J. Electron. Mater. 2013, 42, 2233.
114. Huang, Z.; Geyer, N.; Werner, P.; de Boor, J.; Gösele, U. Adv. Mater. 2011, 23, 285.
115. Kim, J.; Han, H.; Kim, Y. H.; Choi, S.-H.; Kim, J.-C.; Lee, W. ACS Nano 2011, 5, 3222-3229.
116. Li, X.; Bohn, P. W. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 2572.
117. Tsujino, K.; Matsumura, M. Electrochim. Acta 2007, 53, 28.
118. Sharma, P.; Wang, Y.-L. Appl. Phys. Express 2011, 4, 025001.
119. Li, L.; Liu, Y.; Zhao, X.; Lin, Z.; Wong, C.-P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 575-584.
120. Peng, K.; Zhang, M.; Lu, A.; Wong, N.-B.; Zhang, R.; Lee, S.-T. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 163123.
121. Huang, Z.; Fang, H.; Zhu, J. Adv. Mater. 2007, 19, 744.
122. Huang, Z.; Zhang, X.; Reiche, M.; Liu, L.; Lee, T.; Shimizu, T.; Senz, S.; Gösele, U. Nano Lett. 2008, 8, 3046.
123. Hong, J.; Kim, K.; Kwon, N.; Lee, J.; Whang, D.; Chung, Ilsub. J. Vac. Sci. Technol. B 2010, 28, 735.
124. Liu, K.; Qu, S.; Tan, F.; Bi, Y.; Lu, S.; Wang, Z. Mater. Lett. 2013, 101
125. Ho, J.-W.; Wee, Q.; Dumond, J.; Tay, A.; Chua, S.-J. Nanoscale Res. Lett. 2013, 8, No. 506.
126. Bollani, M.; Osmond, J.; Nicotra, G.; Spinella, C.; Narducci, D. Nanotechnology 2013, 24, 335302.
127. Huang, Z. P.; Geyer, N.; Liu, L. F.; Li, M. Y.; Zhong, P. Nanotechnology 2010, 21, 465301.
128. Chartier, C.; Bastide, S.; Lévy-Clément, C. Electrochim. Acta 2008, 53, 5509-5516.
129. Li, X.; Xiao, Y.; Yan, C.; Zhou, K.; Schweizer, S. L.; Sprafke, A.; Lee, J.-H.; Wehrspohn, R. B. ECS Solid State Lett. 2013, 2, P22-P24.
130. Chern, W.; Hsu, K.; Chun, I. S.; de Azeredo, B. P.; Ahmed, N.; Kim, K.-H.; Zuo, J.-m.; Fang, N.; Ferreira, P.; Lli, X. Nano Lett. 2010, 10, 1582-1588.
131. Pennelli, G.; Nannini, A. e-J. Surf. Sci. Nanotechnol. 2009, 7, 503.
132. Peng, K.; Yan, Y.; Gao, S.; Zhu, J.Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 127.
133. Peng, K.; Fang, H.; Hu, J.; Wu, Y.; Zhu, J.; Yan, Y.; Lee, S. Chem.-Eur. J. 2006, 12, 7942-7947.
134. Chen, C.-Y.; Wu, C.-S.; Chou, C.-J.; Yen, T.-J. Adv. Mater. 2008, 20, 3811.
135. Tsujino, K.; Matsumura, M. Adv. Mater. 2005, 17, 1045.
136. Zhang, T.; Wu, S.-l.; Zheng, R.-T.; Cheng, G.-A. Nanotechnology 2013, 24, 505718.
137. Weisse, J. M.; Marconnet, A. M.; Kim, D. R.; Rao, P. M.; Panzer, M. A.; Goodson, K. E.; Zheng, X. Nanoscale Res. Lett. 2012, 7, No. 554.
138. Koukharenko, W.; Boden, S. A.; Platzek, D.; Bagnall, D. N.; White, N. M. J. Electron. Mater 2013 42 2114