Versatilely tuned vertical silicon nanowire arrays by cryogenic reactive ion etching as a lithium-ion battery anode
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Abstract Production of high-aspect-ratio silicon (Si) nanowire-based anode for lithium ion batteries is challenging particularly in terms of controlling wire property and geometry to improve the battery performance. This report demonstrates tunable optimization of inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) at cryogenic temperature to fabricate vertically-aligned silicon nanowire array anodes with high verticality, controllable morphology, and good homogeneity. Three different materials [i.e., photoresist, chromium (Cr), and silicon dioxide (SiO2)] were employed as masks during the subsequent photolithography and cryogenic ICP-RIE processes to investigate their effects on the resulting nanowire structures. Silicon nanowire arrays with a high aspect ratio of up to 22 can be achieved by tuning several etching parameters [i.e., temperature, oxygen/sulfur hexafluoride (O2/SF6) gas mixture ratio, chamber pressure, plasma density, and ion energy]. Higher compressive stress was revealed for longer Si wires by means of Raman spectroscopy. Moreover, an anisotropy of lattice stress was found at the top and sidewall of Si nanowire, indicating compressive and tensile stresses, respectively. From electrochemical characterization, half-cell battery integrating ICP-RIE-based silicon nanowire anode exhibits a capacity of 0.25 mAh cm−2 with 16.67% capacity fading until 20 cycles, which has to be improved for application in future energy storage devices.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Versatilely tuned vertical silicon nanowire arrays by cryogenic reactive ion etching as a lithium-ion battery anode
- Date Crossref
- 05/10/2021
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Sumatera Institute of Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Technische Universität Braunschweig pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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National Nuclear Energy Agency of Indonesia pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Bandung Institute of Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Institut Teknologi Sumatera (ITERA) Engineering Physics Program pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Institute of Semiconductor Technology (IHT) pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Research Center for Physics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Research Center for Electronics and Telecommunication pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering Material Science and Engineering Research Group pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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National Nuclear Energy Agency (BATAN) Center for Science and Technology of Advanced Materials pays non établi dans la noticeOrganisme public
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Faculty of Mathematics and Natural Science Department of Physics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
Sumatera Institute of Technology, Technische Universität Braunschweig et National Nuclear Energy Agency of Indonesia, avec 9 autres affiliations.
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