蘇州納米所等開發出可以“看到”載流子的新型

文章来源:文迪 时间:2018-12-26

  蘇州納米所等開發出可以“看到”載流子的新型納米成像技裂縫燃燒術 據引見,以幸福都是鬥爭出來的為主題的慶賀變革開放40周年系列微電影由中影股份歷時九個月,細心創作和制造,如期在慶賀變革開放40周年到來之際重磅上映

 

  当前,納米原料已經被日益廣泛地應用在電子、光電、生物電子、傳感以及动力等領域的各種器件中。因而,了解和表征納米原料的電學功能不僅是基礎科學研讨的興趣地点,也是實現其廣泛實用化的迫切需求  。但是,傳統的場效應晶體管(field-effect transistor, FET)办法在納米原料電學功能的表征中遭碰到器件制備過程復雜、原料-電極歐姆接觸不易實現以及檢測通量較高等問題。

  蘇州納米技術與納米仿生研讨所研讨員陳立桅課題組與协作者相同發展瞭一種名為介電力顯微術(dielectric force microscopy, DFM)的新型功用成像技術來解決上述難題。相關綜述發表於近期的Accounts of Chemical Research 期刊(Accounts of Chemical Research 48:1788 (2015) )。

  半導體和金屬原料對於内部電場介電響應的次要貢獻來自於載流子遷移惹起的宏觀極化。因而,原料中的載流子濃度及其遷移率既決定瞭該原料的介電響應也決定瞭它的電導率。借助於掃描探針技術對巨大作用力的超靈敏檢測(~pN),DFM通過測量原料的誘導偶極與針尖上的電荷之間的互相作用力來表征納米原料的介電響應。此成像形式無需電極接觸即可“看”到納米原料中的載流子(圖a)。以單壁碳納米管(直徑~1nm)和氧化鋅納米線(直徑~30-50nm)作為研讨模型,DFM胜利地實現瞭對納米原料介電常數的測量(Nano Letters 7:2729 (2007))、半導體與金屬導電性的分辨(Nano Letters 9:1668 (2009))以及半導體原料中載流子類型的断定(J之後,萬聖偉又搶下一次前場籃板,他的CBA首秀體現,令場邊的主帥杜鋒搖頭稱是ournal of Physical Chemistry C 116:7158 (2012))(圖e-g)。更為风趣的是,DFM展現出傳統FET办法無法實現的~20nm 的空間分辨率。

  此外,陳立桅與协作者通過比對同一單壁碳管的DFM與FET測量結果,證實瞭DFM與FET互為平行測量手腕(Nano Research 7:1623 (2014))。相關研讨結果提醒瞭DFM信號的門控調制比(DFM信號在差别門電壓下的比值)反比於FET器件開關比的對數(圖b) 。這個半對數關系失掉微觀層面的Drude模型的解釋和證實(圖c)。這一模型將對未來DFM技術在差别原料與器件體系中的應用提供一個理論框架。

  在納米原料電學性質測量領域中,由斯坦福大學教授沈志勛(Zhi-Xun Shen)開發的掃描近場微波顯微術(scanning near-field microwave microscopy)具有與DFM類似的特性與功用(Review of Scientific Instruments 79:063703 (2008))。掃描近場微波顯微術與DFM均具有無接觸測量和納米尺度空間分辨率等特性。差别的是,掃描近場微波顯微術和DFM分別測量原料的高頻和低頻介電性質。DFM無需昂貴的高頻網絡剖析器和特制的掃描探針,因此便於應用在多種復雜成像環境中。DFM這一成像形式能够在未來的基礎研讨與工業在線監測領域獲得廣泛應用。

  相關系列任务由國傢自然科學基金、中科院先導專項計劃、江蘇省自然科學基金、美國化學會煤油研讨基金會和蘇州納米科技協同創新中心提供資助 。

  

  圖:(a)DFM二次掃描形式表示圖。(b)DFM門控比與FET器件開關比之間的半對數關聯性。(c)DFM信號與載流子濃度和遷移率依賴性的數值模擬結果。DFM納米尺度空間分辨率展现:內部具有金屬-半導體結的單壁碳管的形貌像(d)和介電響應像(e-g)。