单根一维纳米材料器件的电传输特性研究

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随着微电子技术走向极限,纳米电子学和纳米技术应运而生并将成为21世纪信息时代的科学核心.一维纳米材料因其独特的电学特性而成为纳米电子学研究的重点课题,基于一维纳米材料的纳电子器件的成功组装更是促使一维纳米材料器件成为当前世界范围内的研究热点.寻找合适的一维纳米材料及其组装器件的方法并对其传输特性进行表征,探讨器件深层次的工作机理和规律是一维纳米材料器件应用的关键.该文正是基于此目的开展了对一维纳米材料器件的电传输特性的研究.我们尝试组装了单根一维纳米材料的器件,研究了其电传输特性特别是光对于器件特性的影响,探讨了一些结果产生的原因.碳纳米管由于具有不同于一般半导体材料的电学性质而引起了人们更多的关注,该文利用填充铁颗粒的多壁碳纳米管,通过离子束聚焦技术制作了单根纳米管的纳米器件,电学特性测量表明这种碳管有些是金属型的,有些是半导体型(p型).对于半导体碳纳米管器件,研究了普通白光对于电传输特性的影响,发现在低偏压下光电流和偏压成线性关系,并且在零偏压时也可以产生电流且这个电流与光通量成正比例关系.这为此种纳米管器件的光电应用打下了基础.另外一种重要的一维纳米材料——纳米线也向人们展示了其无穷的应用潜力,该文中,我们利用化学反应法合成的一种新的钛酸钠纳米线,通过电子束光刻技术制备了单根纳米线的两端器件.真空和大气环境下的电学特性测量发现在真空中电流值较后者大,分析得出这可能是大气下的氧吸附造成的,从中也可推断出所用钛酸钠纳米线为n型半导体.在紫外光照射器件下测量器件的电学特性,发现紫外光可以很大地增大纳米线的电导,在3V偏压下电导变化达到30倍,这主要是由于光照产生电子-空穴对,增加了载流子的浓度产生的结果.同时,在纳米线器件中发现了不对称的Ⅰ-Ⅴ特性,并且这种不对称性在低温下变得更明显.详细的研究发现,在低电压下通过金属电极和纳米线接触处肖特基势垒的热发射电流起主导作用,这种Ⅰ-Ⅴ特性的不对称性则来自于两边金属电极和纳米线接触处肖特基势的不等价.我们的研究表明上述纳米器件可用作气体探测器和光电探测器.
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