单壁碳纳米管水平阵列的可控制备、性能表征及应用研究

发布时间：2019-07-20 08:48

【摘要】：单壁碳纳米管可以是金属性或半导体性,这取决与碳纳米管的手性。金属性碳纳米管可以作为纳米尺度的电极,而半导体性碳纳米管则是高迁移率和开关比的导电沟道,且不同的半导体性碳纳米管的带隙还不一样,与管径成反比的关系。然而,通常制备出来的单壁碳纳米管为金属性和半导体性的混合,且带隙也是不一样的。因此,用单壁碳纳米管制备高性能场效应晶体管的关键则是如何得到带隙分布窄的单壁碳纳米管,与之相随的是,发展一套快速、大批量的表征手段也是急需的。除此之外,类似于提高碳纳米管的密度、优化碳纳米管的转移、制备高性能的器件等都需要我们付出更多的努力去实现。论文从石英基底上的单壁碳纳米管水平阵列出发,我们首先在ST-cut的石英基底上通过化学气相沉积法制备出了相应的水平阵列。在此基础上,通过在生长的过程中引入一个“吹气”的过程,成功制备出了大面积的碳纳米管结。在扫描电子显微镜中,我们发现半导体性碳纳米管与金属接触的位置处存在一段明显的亮线,这是肖特基势垒中的空间电荷区。不同半导体性碳纳米管的亮线长度还不一样,其长度与碳纳米管的管径成正比,也就是说,我们实现了碳纳米管带隙的表征。这是一套快速方便的表征手段,对于选择性生长来说意义重大,而且可以适用于其它的半导体纳米材料,为传统的扫描电子显微镜增加了新的功能。进一步,我们发展了一种基于PMMA的金属辅助转移工艺,实现了碳纳米管更为干净的转移。其洁净转移的效果用原子力显微镜、拉曼光谱和透射电子显微镜进行了表征验证。这套工艺是有效、无损并且可以规模化的,通过多次转移我们制备了碳纳米管与碳纳米管、碳纳米管与石墨烯的搭接结构,在扫描电子显微镜下,我们同样发现了半导体性碳纳米管在搭接处存在明显的肖特基势垒,意味着我们这里形成了更好的接触。同时,这套工艺全程都是低温的,所以非常适用于柔性基底的转移。我们通过金属辅助转移工艺制备了碳纳米管搭接的电学器件,验证了其具有良好的接触,同时也制备了以金属性碳纳米管为电极,半导体性碳纳米管为沟道的电学器件,展示出优异的性能。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O613.71

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本文编号：2516607