碳納米管輸運(yùn)性質(zhì)研究

1、北京大學(xué)政學(xué)者論文集（2001年）碳納米管輸運(yùn)性質(zhì)研究396碳納米管輸運(yùn)性質(zhì)碳納米管輸運(yùn)性質(zhì)的研究研究TransptTransptPropertyPropertyInvestigationInvestigationofofthetheCarbonCarbonNanotubesNanotubes物理系98級(jí)向杰摘要：本文簡(jiǎn)要回顧了納米碳管的性質(zhì)與應(yīng)用，以及納米碳管輸運(yùn)性質(zhì)研究的主要方法和成果最新結(jié)果。利用自己自行設(shè)計(jì)的裝置，測(cè)量對(duì)了不同

2、溫度下化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備的純納米碳管和摻雜納米碳管在不同溫度下的輸運(yùn)性質(zhì)，進(jìn)行測(cè)量并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較。對(duì)分析了實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的主要誤差因素進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了理論模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合。多層納米碳管室溫下的IV曲線在低偏壓下顯示出非線性，驗(yàn)證了CVD法生長(zhǎng)的碳管中的電導(dǎo)以散射為主要機(jī)制的理論。納米碳管在溫度改變時(shí)的電導(dǎo)隨溫度下降低而下降，呈半導(dǎo)體性。摻雜金屬原子后的納米碳管費(fèi)米能級(jí)降低，從而降低了電導(dǎo)勢(shì)壘，使得其導(dǎo)電導(dǎo)性能受到了明

3、顯的調(diào)制。Abstract:Abstract:InthisarticlewemakeabriefreviewofthevariousaspectsofCarboncarbonNanotubesnanotubes(CNTs)bothintheirphysicalpropertiestheirprospectiveapplicationswereptourrecentexperimentresultsontransptpropertyofC

4、NTs.WeutilizedahomemadeSTMinstrumenttomeasuretheIVacteristicsunderdifferenttemperaturesofpuredopedCNTssynthesizedviaaCVDmethod.Wedevelopedamodeltosimulatethemainfactswhichinfluencinginfluencetheaccuracyoftheexperimentsth

5、eresultsfittheexperimentaldatawell.TheIVcurvesarenonlinearfMWCNTsinrelativelylowbiasconfirmingthetheyofdiffusiveconductanceincertainCNTs.Allsamplesbehavedanegativeresistancetemperatureeffectwhichisacteristicinsemiconduct

6、s.DopingofAuatomsinCNTsshiftstheFermibdownwardsthusreducestheheightofthebarrierheightresultinginamodulationinnanotube’sthetransptpropertyofthenanotubes.一、引言北京大學(xué)政學(xué)者論文集（2001年）碳納米管輸運(yùn)性質(zhì)研究398上一根或者一束碳管并，這樣形成一個(gè)電極。然后，通過(guò)控制顯微鏡的步進(jìn)

7、逼近系統(tǒng)，使針尖下的碳管逐漸浸入針尖下方放置的水銀或者液態(tài)合金池中，形成第二個(gè)電學(xué)接觸，。然后，在針尖和水銀池上之間加上偏壓，測(cè)量通過(guò)碳管的電流，就可以實(shí)現(xiàn)兩端子電極測(cè)量IV特性。許多試驗(yàn)提供了研究結(jié)果表明，納米碳管的電子輸運(yùn)性質(zhì)應(yīng)該由可以用LuttingerLiquid理論來(lái)描述的證據(jù)。在這方，同時(shí)，面需要更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示納米碳管的中電學(xué)性質(zhì)，尤其是通過(guò)在低溫下和外加磁場(chǎng)等情況條件下研究納米碳管電子輸運(yùn)性質(zhì)與及其本征狀態(tài)的區(qū)別，來(lái)并進(jìn)

8、一步驗(yàn)證該理論。我們研究對(duì)納米碳管輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行研究的目的之一是探索利用納米碳管用來(lái)組成組裝納米電子學(xué)器件進(jìn)而納米集成電路的組件可能性和可行性，而摻雜是半導(dǎo)體工業(yè)中一個(gè)核心的技術(shù)和手段，。因此，我們?cè)谘芯勘菊鞯募{米碳管的同時(shí)，也試圖通過(guò)一定手段在對(duì)納米碳管中進(jìn)行金屬摻雜，以研究摻雜對(duì)納米碳管的電子輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)制的影響。二、實(shí)驗(yàn)在我的實(shí)驗(yàn)中，我大體采取的大體上是第一類電極法測(cè)量。主要，即采用兩電極端子法（twoprobemeasureme

9、nt）測(cè)量材料的電導(dǎo)(IV)性質(zhì)，。兩電極端子法的優(yōu)點(diǎn)是樣品和電極的接觸點(diǎn)少，所以試驗(yàn)比較簡(jiǎn)潔方便，樣品制作周期短。但是兩電極端子法避免不了在電導(dǎo)測(cè)量中引入電極接觸電阻對(duì)電導(dǎo)測(cè)量的影響，。用四電極端子法（fourprobemeasurement）可以改進(jìn)這一缺陷，這種方法并被廣泛運(yùn)用在于高溫超導(dǎo)材料超導(dǎo)電性的測(cè)量中被廣泛運(yùn)用。由于技術(shù)條件限制，但是在我現(xiàn)有的工作中暫時(shí)沒(méi)有采用四電極法。用STM來(lái)測(cè)量電倒導(dǎo)也是流行常用的方法之一。我們實(shí)驗(yàn)

10、室現(xiàn)有一臺(tái)簡(jiǎn)易的單一維STM（掃描隧道顯微鏡），可以在借助高倍光學(xué)顯微鏡下將碳管用掃描電子顯微鏡樣品臺(tái)上的雙面碳膠或者導(dǎo)電銀膠粘在STM鎢針尖上，伸入水銀或者GaIn合金中進(jìn)行測(cè)量。運(yùn)用這種方法，我們測(cè)量了多種碳管樣品的室溫常壓下的輸運(yùn)性質(zhì)。但是STM的最大限制是我們目前無(wú)法在樣品架中改變樣品溫度進(jìn)行測(cè)量，在空氣中的測(cè)量也不能排除掉氧氣分子吸附在碳管內(nèi)外壁對(duì)碳管輸運(yùn)性質(zhì)的影響。而且，在實(shí)驗(yàn)室中的振動(dòng)使得樣品架不能保持完全平穩(wěn)，從而測(cè)得的