單原子碳鏈的光電特性調(diào)制方案及應(yīng)用研究.pdf

1、光電器件的小型化極大的促進(jìn)了計(jì)算機(jī)、通訊等電子技術(shù)的迅猛發(fā)展。然而，隨著器件尺寸進(jìn)一步縮小到納米量級(jí)，量子受限效應(yīng)和器件的工作穩(wěn)定性問題就愈發(fā)凸顯。從上個(gè)世紀(jì)末開始，各種碳納米材料，包括富勒烯、碳納米管以及石墨烯等成為了后硅材料的有力競(jìng)爭(zhēng)者，尤其是石墨烯被認(rèn)為是能夠替代硅的新一代后硅材料。雖然目前已經(jīng)發(fā)展出了基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)晶體管等原型器件，但是系統(tǒng)地發(fā)展碳基集成電路仍需要更多并且性質(zhì)更加豐富的材料和器件。
　　早在2007年，

2、我們課題組就從理論上預(yù)言可從石墨烯的邊緣拉伸出單原子碳鏈，同年得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是到目前為止，關(guān)于單原子碳鏈的物理性質(zhì)以及應(yīng)用的研究尚不充分。本文提出了兩種調(diào)制單原子碳鏈光電特性的方法——異質(zhì)原子吸附和機(jī)械拉伸，具體內(nèi)容如下:
　　1.已有理論表明，納米長(zhǎng)度單原子碳鏈的電導(dǎo)率幾乎與其長(zhǎng)度無關(guān)，如果能夠有效地調(diào)制其電導(dǎo)率，則單原子碳鏈作為納米尺度的導(dǎo)線應(yīng)該有更廣泛的應(yīng)用。本文提出了在單原子碳鏈外吸附異質(zhì)原子來調(diào)制其電導(dǎo)率的方案。首先利

3、用單原子模型預(yù)測(cè)了吸附異質(zhì)原子后碳鏈的穩(wěn)定性，以氫、氮、氧原子為例，吸附后的單原子碳鏈在室溫下的壽命可達(dá)105年。然后利用輸運(yùn)理論的計(jì)算表明:幾十個(gè)原子長(zhǎng)度的單原子碳鏈吸附一個(gè)異質(zhì)原子后其電導(dǎo)率會(huì)減小一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。以氫原子為例，吸附一個(gè)氫原子后的碳鏈的電導(dǎo)率可減小2個(gè)數(shù)量級(jí);更進(jìn)一步，通過對(duì)吸附后單原子碳鏈輸運(yùn)特性的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其電導(dǎo)率的改變與吸附原子的種類和吸附原子的位置等因素相關(guān)的。最后，基于上述結(jié)果設(shè)計(jì)了具有單原子探測(cè)靈敏度的氣體