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非硅基材料納米電子器件研究取得進展

發布時間:2018-09-29來源:國家納米科學中心 點擊量:5679
電子元器件的多功能化是應用電子技術發展的重要趨勢,因而非硅基材料越來越受到研究人員的關注。2016年,中國科學院國家納米科學中心鄢勇課題組與韓國蔚山科技大學教授Bartosz Grzybowski等人合作,采用金屬納米顆粒構建了雙層結構的二極管、電阻等電子元器件,并與各種金納米顆粒構建的傳感器件集成,實現了環境信號的采集、處理和報告,相關成果以封面文章的形式發表在《自然-納米技術》(Nature Nanotech., 2016, 11, 603-608)上。其中,最重要的二極管的設計受到了傳統半導體pn結的啟發,將兩層帶有相反電荷的金納米顆粒薄膜面對面接觸,可遷移的對離子在熵驅動下由于濃度梯度相互擴散,從而在界面處建立內建電場,調控電子的不對稱輸運。

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  最近,鄢勇課題組將類似的設計理念推廣到無能隙的石墨烯材料中,采用帶相反電荷的氧化石墨烯作為活性層,高導電率的單壁碳納米管作為電極,實現了全碳材料pn二極管的構筑。該二極管具有一定的透光性,可以集成實現邏輯輸出,并且可以制備在柔性基底上等優點,相關成果以All carbon materials pn diode 為題發表在《自然-通訊》(Nature Commun., 2018, 9, 3750)上。另外,通過器件結構的創新,實現了單種帶電金屬納米顆粒二極管的構建。即采用碳納米管/石墨烯復合薄膜與金薄膜作為不對稱電極對,帶電金納米顆粒作為活性層,利用兩個電極特征電容值的差別,創造偏壓下的不對稱電荷分布,從而實現整流效應。同時,該課題組將其集成到礦石收音機的檢波電路中,基于自制的發射、傳送裝置,實現了音頻信號的解調。相關成果將以Switchable counterion gradients around charged metallic nanoparticles enable reception of radio waves 為題發表在《科學進展》(Science Advances,2018, 4, eaau3546)上。這些工作為新型電子器件的設計、開發以及電子器件的多功能化提供了一些思路,也豐富了電子器件材料的可選性。

  以上工作得到國家自然科學基金(21571039)和中科院經費的支持。

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