【摘要】：單壁碳納米管可以是金屬性或半導(dǎo)體性,這取決與碳納米管的手性。金屬性碳納米管可以作為納米尺度的電極,而半導(dǎo)體性碳納米管則是高遷移率和開關(guān)比的導(dǎo)電溝道,且不同的半導(dǎo)體性碳納米管的帶隙還不一樣,與管徑成反比的關(guān)系。然而,通常制備出來的單壁碳納米管為金屬性和半導(dǎo)體性的混合,且?guī)兑彩遣灰粯拥摹Ｒ虼?用單壁碳納米管制備高性能場效應(yīng)晶體管的關(guān)鍵則是如何得到帶隙分布窄的單壁碳納米管,與之相隨的是,發(fā)展一套快速、大批量的表征手段也是急需的。除此之外,類似于提高碳納米管的密度、優(yōu)化碳納米管的轉(zhuǎn)移、制備高性能的器件等都需要我們付出更多的努力去實現(xiàn)。論文從石英基底上的單壁碳納米管水平陣列出發(fā),我們首先在ST-cut的石英基底上通過化學(xué)氣相沉積法制備出了相應(yīng)的水平陣列。在此基礎(chǔ)上,通過在生長的過程中引入一個“吹氣”的過程,成功制備出了大面積的碳納米管結(jié)。在掃描電子顯微鏡中,我們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體性碳納米管與金屬接觸的位置處存在一段明顯的亮線,這是肖特基勢壘中的空間電荷區(qū)。不同半導(dǎo)體性碳納米管的亮線長度還不一樣,其長度與碳納米管的管徑成正比,也就是說,我們實現(xiàn)了碳納米管帶隙的表征。這是一套快速方便的表征手段,對于選擇性生長來說意義重大,而且可以適用于其它的半導(dǎo)體納米材料,為傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡增加了新的功能。進一步,我們發(fā)展了一種基于PMMA的金屬輔助轉(zhuǎn)移工藝,實現(xiàn)了碳納米管更為干凈的轉(zhuǎn)移。其潔凈轉(zhuǎn)移的效果用原子力顯微鏡、拉曼光譜和透射電子顯微鏡進行了表征驗證。這套工藝是有效、無損并且可以規(guī)模化的,通過多次轉(zhuǎn)移我們制備了碳納米管與碳納米管、碳納米管與石墨烯的搭接結(jié)構(gòu),在掃描電子顯微鏡下,我們同樣發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體性碳納米管在搭接處存在明顯的肖特基勢壘,意味著我們這里形成了更好的接觸。同時,這套工藝全程都是低溫的,所以非常適用于柔性基底的轉(zhuǎn)移。我們通過金屬輔助轉(zhuǎn)移工藝制備了碳納米管搭接的電學(xué)器件,驗證了其具有良好的接觸,同時也制備了以金屬性碳納米管為電極,半導(dǎo)體性碳納米管為溝道的電學(xué)器件,展示出優(yōu)異的性能。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O613.71

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本文編號：2516607