微芯片上半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)構(gòu)筑及電學(xué)測(cè)量研究初探.pdf

1、納米電子學(xué)是納米科技的重要科學(xué)基礎(chǔ)，將成為21世紀(jì)信息時(shí)代的科學(xué)核心。納米電子學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容包括納米結(jié)構(gòu)的加工制造技術(shù)和具有量子效應(yīng)的電子器件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。隨著器件尺寸的減小，納米電子器件將會(huì)出現(xiàn)一些具有特征的基本現(xiàn)象，如電導(dǎo)量子化、庫(kù)侖阻塞、負(fù)微分電阻、整流效應(yīng)、開(kāi)關(guān)效應(yīng)、量子相干效應(yīng)等。納米電子器件在結(jié)構(gòu)上有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即它們都有一個(gè)尺寸在5～100nm之間的由半導(dǎo)體或金屬納米材料組成的“島”，島被勢(shì)壘所包圍，以阻止電子的進(jìn)出

2、。納米電子器件的制造通常被描述為遵循兩條路徑：自上而下(top-down)和自下而上(bottom-up)。前者主要依賴于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體微/納機(jī)械加工技術(shù)(MEMS/NEMS)，將受到工藝精度和工作原理方面物理極限的制約；后者是借助于自組裝、化學(xué)、生物等多種技術(shù)，是目前納米科技領(lǐng)域中的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇。 本文主要圍繞納米電子器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造問(wèn)題，借助于電化學(xué)技術(shù)，采取“自下而上”的路徑，探索和發(fā)展在電極納米間隔

3、中構(gòu)筑金屬-半導(dǎo)體-金屬異質(zhì)結(jié)納米電子器件結(jié)構(gòu)的方法，研究和測(cè)量其特有的量子效應(yīng)、單電子效應(yīng)和開(kāi)關(guān)效應(yīng)等電學(xué)性能。主要研究結(jié)果如下： 1.電解質(zhì)溶液的化學(xué)組成對(duì)Au電沉積層的表面形貌具有重要影響，鍍層質(zhì)量按下列順序逐步得到改善：含氰鍍液、中性硫代硫酸鹽/亞硫酸鹽鍍液、酸性硫代硫酸鹽/亞硫酸鹽鍍液。通過(guò)改變沉積液的組成，使鍍層由晶體結(jié)構(gòu)改變?yōu)闊o(wú)定型結(jié)構(gòu)，鍍層中顆粒明顯變小，表面粗糙度顯著降低。 2.利用電遷移法可以制備金屬

4、納米間隔和具有不同電導(dǎo)值的Au納米線；測(cè)量到Au納米線的電導(dǎo)量子化現(xiàn)象及其I-V非線性行為。利用電化學(xué)方法在室溫下和在水溶液中制備了能較好地符合化學(xué)計(jì)量比的二元化合物半導(dǎo)體材料。 3.構(gòu)筑了雙勢(shì)壘包圍化合物半導(dǎo)體“島”的納米電子器件結(jié)構(gòu)，并在室溫下測(cè)量到特征的單電子現(xiàn)象。PbSe是一種窄禁帶半導(dǎo)體材料(Eg=0.29eV)，制備的Au-PbSe-Au納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出共振隧穿器件的負(fù)微分電阻行為；而利用寬禁帶半導(dǎo)體材料如ZnO、Cd

5、Se構(gòu)筑的類似結(jié)構(gòu)，則未測(cè)量到負(fù)阻效應(yīng)。對(duì)于制備的Au-CdSe(CdS)量子點(diǎn)-Au結(jié)構(gòu)，其I-V曲線表現(xiàn)出庫(kù)侖阻塞現(xiàn)象。這些對(duì)于進(jìn)一步研究和發(fā)展電化學(xué)技術(shù)在納米電子器件構(gòu)筑中的作用，有一定的參考價(jià)值。納米器件的單電子性質(zhì)對(duì)器件的結(jié)構(gòu)非常敏感，目前我們還不能有效地控制所制備的納米器件結(jié)構(gòu)的尺寸，因而量子效應(yīng)測(cè)量的成功率和重現(xiàn)性還很低，在這方面尚需進(jìn)一步驗(yàn)證和探索。 4.“自下而上”地構(gòu)筑了Au/Ag/Ag2S-Au固體電化學(xué)納