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級向杰摘要：本文簡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)計的裝置，測量對了不同

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)行測量并對結(jié)果進(jìn)行了比較。對分析了實驗中出現(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)果與實驗相吻合。多層納米碳管室溫下的IV曲線在低偏壓下顯示出非線性，驗證了CVD法生長的碳管中的電導(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米能級降低，從而降低了電導(dǎo)勢壘，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，這樣形成一個電極。然后，通過控制顯微鏡的步進(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，形成第二個電學(xué)接觸，。然后，在針尖和水銀池上之間加上偏壓，測量通過碳管的電流，就可以實現(xiàn)兩端子電極測量IV特性。許多試驗提供了研究結(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理論來描述的證據(jù)。在這方，同時，面需要更多的實驗來揭示納米碳管的中電學(xué)性質(zhì)，尤其是通過在低溫下和外加磁場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，來并進(jìn)

8、一步驗證該理論。我們研究對納米碳管輸運(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)中一個核心的技術(shù)和手段，。因此，我們在研究本征的納米碳管的同時，也試圖通過一定手段在對納米碳管中進(jìn)行金屬摻雜，以研究摻雜對納米碳管的電子輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)制的影響。二、實驗在我的實驗中，我大體采取的大體上是第一類電極法測量。主要，即采用兩電極端子法（twoprobemeasureme

9、nt）測量材料的電導(dǎo)(IV)性質(zhì)，。兩電極端子法的優(yōu)點是樣品和電極的接觸點少，所以試驗比較簡潔方便，樣品制作周期短。但是兩電極端子法避免不了在電導(dǎo)測量中引入電極接觸電阻對電導(dǎo)測量的影響，。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)有的工作中暫時沒有采用四電極法。用STM來測量電倒導(dǎo)也是流行常用的方法之一。我們實驗

10、室現(xiàn)有一臺簡易的單一維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)行測量。運(yùn)用這種方法，我們測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法在樣品架中改變樣品溫度進(jìn)行測量，在空氣中的測量也不能排除掉氧氣分子吸附在碳管內(nèi)外壁對碳管輸運(yùn)性質(zhì)的影響。而且，在實驗室中的振動使得樣品架不能保持完全平穩(wěn)，從而測得的