碳纳米管多沟道场效应晶体管研究-中国学位与研究生教育信息网

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论文中英文摘要

作者姓名:陈长鑫

论文题目:碳纳米管多沟道场效应晶体管研究

作者简介:陈长鑫,男,1978年11月出生,2004年03月师从于上海交通大学“长江学者”张亚非教授,于2007年12月获博士学位。

中文摘要

随着传统的硅技术发展接近极限,寻找替代硅的材料已迫在眉睫。单壁碳纳米管(SWCNT)因其独特的一维纳米结构和优异的物理、化学、机械等特性,被认为是构筑下一代集成电路的理想候选材料。它最重要的应用之一是用来制作碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)。SWCNT在制作FET上具有诸多的优越性:载流子可实现弹道传输;无悬键的表面使高K栅介质层的使用不会引起载流子迁移率的退化;对称的导带和价带有利于高性能互补电路的实现;直接带隙结构使得在同一材料平台上集成电子和光电子器件成为可能。相比传统的MOSFET, CNTFET具有尺寸小、速度快、功耗低等优势,有望在后硅CMOS时代作为硅基器件的替代品或有益补充以维持电子工业的持续发展。

目前,CNTFET研究已取得许多进展(Changxin Chen, Yafei Zhang, The Open Nanoscience Journal, 2007,1:13-18;被邀综述文章),但要实现其应用仍需克服多项关键问题。其一,已有研究大都只使用单根SWCNT作为沟道来制作CNTFET,这使制得的器件存在许多不足,如:最大输出电流和跨导有限,不足以驱动电路中下级的逻辑门和互联线;可靠性和稳定性低,唯一的SWCNT沟道一旦损坏器件将失效,且器件间一致性也差;无法实现沟道宽度的横向缩放。沟道结构的改进受制于常规方法制备的SWCNT往往相互缠结、随机取向、包含金属和半导体两种属性,需要探寻合适的器件结构设计和制作技术来实现。其二,碳纳米管(CNT)与金属电极间牢固、低电阻接触的形成一直是CNT器件制作中的一个难点,阻碍了高器件性能的获得。寻求改善接触性能及工艺可靠性和可重复性好的方法对高性能CNT器件和电路的构筑具有至关重要的作用。其三,一维半导体性SWCNT与金属电极的接触表现出不同于传统块体半导体/金属接触的新特性,需要被深入研究以加以控制和利用。

针对上述关键问题,本论文提出和发展了一种使用分散、定向的SWCNT阵列作为器件沟道的多沟道CNTFET(MC-CNTFET),并发明一种超声纳米焊接技术将SWCNT两端焊到金属电极上以改善它们间的接触。论文对MC-CNTFET的器件结构、制作技术、特性及SWCNT 沟道数的影响等开展了深入系统的研究,研究了超声纳米焊接的工艺、界面特性及其对接触、器件性能的改善等,制得了高性能的MC-CNTFET。论文还研究了不同金属接触电极对MC-CNTFET类型的影响以及使用高、低功函数的非对称金属分别作为漏、源极时FET的光电特性及应用。在此基础上,对MC-CNTFET的电路应用进行了探索。论文的主要研究内容和成果如下:

(1)创新采用一种表面功能化修饰和高频交变电场双向电泳相结合的定向排布技术,成功制

得了分散、定向的SWCNT阵列。

通过一种直接缩合反应法将十八烷基胺(ODA)嫁接到纯化的SWCNT上,使SWCNT可在多种有机溶剂中形成分散、长期稳定的溶液,并使大部分SWCNT束离散成单根SWCNT (Changxin Chen, Yafei Zhang, International Journal of Nanoscience, 2006,5:389-394; Changxin Chen, et al, Physica E: Low-dimensional systems and nanostructures, 2005,28:121-127)。对预修饰后的SWCNT进行交变电场双向电泳排布,可有效避免SWCNT间的缠结,使其相互分开、定向地并联于源漏电极间形成高密度阵列(Changxin Chen, Yafei Zhang,Journal of Physics D-Applied Physics, 2006, 39:172-176)。研究发现,使用频率为5MHz、峰-峰电压为10V/μm的交流偏压在高挥发性溶剂中排布SWCNT可获得最佳的排布效果,SWCNT密度可通过调节排布工艺或SWCNT溶液浓度来控制。使用该方法对溶于氯仿和异丙醇的两种SWCNT溶液进行排布,相邻SWCNT的平均间距可分别达200 nm和150 nm左右仍不发生缠结。对排布过程的电场分布进行理论模拟,可很好地解释这种分散、定向SWCNT阵列的形成机制(Changxin Chen, et al,Nanoscale Research Letters,2009,4:157-164)。

(2)首次提出和研制一种使用分散、定向的半导体性SWCNT阵列作为器件沟道的高性能

MC-CNTFET。

研究了MC-CNTFET的关键制作技术,发现使用相互分开、定向的SWCNT阵列作沟道可使金属性SWCNT的电流选择性烧断去除变得容易,有利于获得高的器件开关比(Changxin Chen, Yafei Zhang, Science in China, Ser. E, 2005,48: 669-678; 陈长鑫, 张亚非, 中国科学,E 辑,2005,35:1156-1165)。研究表明,多沟道器件结构的采用使CNTFET不仅在输出电流和跨导等关键性能上有很大提高,而且具有更高的可靠性和成品率(Changxin Chen, Yafei Zhang, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2006,6:3789-3793; Changxin Chen, et al, Applied Physics Letters,2009,95:192110; 发明专利: ZL200510024427.6)。为研究沟道数与跨导的关系,我们在同一源漏电极间制作了一系列不同SWCNT沟道数的MC-CNTFET,发现SWCNT密度不太高时两者具有大致正比关系,该结果提供了一个通过控制沟道数来线性调控CNTFET 跨导的方法(Changxin Chen, et al,Physics Letters A, 2007, 366: 474-479)。实验通过设计一种指状阵列源漏电极对排布SWCNT以获得间距和数量可控的SWCNT沟道,并优化接触,制得了高性能的MC-CNTFET (Changxin Chen, et al,IEEE Electron Device Letters, 2006, 27(10): 852-855; 获中国真空学会“博士优秀论文奖”)。对于15根SWCNT被焊接到Au电极的MC-CNTFET,在-0.15 V的低源漏电压下开态电流和跨导分别达235 μA和50.2 μS (同方法制作的接触未改善的单根SWCNT-FET的开态电流和跨导只为0.014 μA和0.028 μS),空穴场效应迁移率高达7160 cm2 V-1 s-1(在已报道的相近沟道长度CNTFET中最高),器件显示116 mV/dec的低亚阈值斜率和105 -106的高电流开关比。

(3) 首创一种超声纳米焊接技术对SWCNT和金属电极进行可靠的焊接键合以显著改善接触

和器件性能。

对焊接的工艺、键合界面、接触特性及其对CNTFET性能的影响等进行研究。结果表明超声纳米焊接可使SWCNT与电极形成牢固、低电阻的接触, 降低接触电阻3-4个数量级。焊接后,室温下一根1μm长的金属性SWCNT的二端电阻被降低到8-24 KΩ的窄范围(最低值接近有着完美接触的弹道传输金属性SWCNT的理论最小电阻值6.45 KΩ),半导体性SWCNT与金属的接触在开态时具有很小的有效肖特基势垒高度和宽度(Changxin Chen, et al,Carbon,

2007,45: 436-442)。该技术在常温下即可使SWCNT与电极形成碳化物,使接触形态从“侧面接触”变为“端部接触”,导致CNTFET性能被很大改善。对于制得的背栅单根SWCNT-FET,在0.5 V的源漏电压下开态电流和跨导可分别高达18.9 μA和3.6 μS (该跨导值为已报道的固态背栅单根SWCNT-FET中最大值,比退火法改善接触后的器件跨导高一个多数量级,而焊接前跨导只有10-9S量级),亚阈值斜率约为180 mV/dec (比已报道的高温退火法处理所得值730 mV/dec要低很多),电流开关比达106-107。采用一种AFM探针拨动测试法,焊接键合被证明具有高的机械强度(Changxin Chen, et al,Nanotechnology, 2006,17: 2192-2197)。论文对超声纳米焊接的机理及其对器件、接触性能的改善也进行了初步理论探讨。该技术被Nanowerk科技网的“spotlight” 新闻聚焦栏目、Science Daily科技网等专题报道,发表在Nanotechnology杂志的论文被评为杂志2006年“Top 10 Downloaded Articles”,相应专利(ZL200510028887.6)也获第二十二届上海市优秀发明银奖。

(4) 实现MC-CNTFET从p型到n型的转变,并在国际上首次发现和研究了高功函数金属

/SWCNT/低功函数金属结构FET的光伏效应。

研究不同金属与半导体性SWCNT的接触特性。发现使用高功函数金属Au、Pd、Ti和低功函数金属Al与SWCNT焊接接触,可分别制得高性能的p型和n型MC-CNTFET,实现器件从p型到n型的转变。研究了使用Pd和Al分别作为与SWCNT焊接接触的漏极和源极的高功函数金属/SWCNT/低功函数金属结构FET的特性(Changxin Chen, et al,Small, 2008, 4(9): 1313-1318, 封面文章; 发明专利: ZL200710038026.5)。发现通过选择合适的栅绝缘层厚度、栅压和源漏间距,可导致在整根SWCNT中形成强的内建电场以高效分离光生电子-空穴对,使器件显示良好的光伏效应(Changxin Chen, et al,Applied Physics Letters,2009,94:263501,封面文章)。太阳光照射下,器件可获得0.31V的大的开路电压,光生电流的响应时间只有90 mS, 可被应用作太阳能光伏微电池。为评估器件实际功率转换效率,一种高频电磁散射模型被用在有限元模拟方法中对器件中SWCNT阵列光吸收进行估计(Changxin Chen, et al,IEEE Transactions on Nanotechnology,2009,8:303-314,封面文章)。模型中,SWCNT被对待作一个具有频率相关复介电函数的介电圆柱体,器件结构及SWCNT间对光的各种散射和耦合被考虑,这样可较精确计算出SWCNT的光吸收。基于实际吸收的入射功率,器件的功率转换效率高达12.6%左右。该研究在Small杂志发表后即被https://www.360docs.net/doc/449851094.html,科技网、科学时报头版等专题报道。相应研究被Nature China杂志选为突出科学研究成果,作为“研究亮点”刊登报道。

(5)使用MC-CNTFET首次构建了多种高性能多沟道CNT基本逻辑门电路。

研究表明制得的高性能MC-CNTFET在作为功率FET等需要高跨导或者开关大电流的场合具有大的应用潜力。将MC-CNTFET与负载电阻相连接,成功构建了包括电阻负载反相器、或非门、与非门等多种具有良好逻辑功能的多沟道CNT基本逻辑门电路。MC-CNTFET良好的开关性能和低的导通电阻可提高逻辑门的开关速度、使高低电平尽量分开、降低所需的负载电阻值。通过将不同金属作为接触电极制得的p型和n型MC-CNTFET串连,制得了多沟道CNT互补逻辑倒相器,其电压增益高达31.2 (Changxin Chen, et al,IEEE Electron Device Letters, 2006,27:852)。

综上所述, 本论文在MC-CNTFET及其基本逻辑门电路的提出和构建、超声纳米焊接技术开发、器件光电特性研究以及分散定向SWCNT阵列排布等方面均取得了重要的创新性研究成果。在规定期限内,作为第一作者在国内外核心期刊等上发表论文18篇,其中SCI英文论文12

篇、EI英文论文1篇(影响因子大于2.0的论文有10篇,五篇代表论文的平均影子因子为3.9),以第一作者发表的SCI论文累计被SCI引用86次。以本论文主要研究内容,作为第一作者和书稿撰写者在Springer出版社出版外文学术专著1本(Changxin Chen, Yafei Zhang. “Nanowelded Carbon Nanotubes: From Field-Effect Transistors to Solar Microcells”,Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, Publication date:2008.10, ISBN: 978-3-642-01498-7, Hardcover)。申请了七项核心发明专利(排名第一的四项、排名第二的三项),其中三项已获授权。论文的研究工作获得了2008年“TSMC Outstanding Student Research Award”。以该论文的研究内容为主,作为第二完成人(导师为第一完成人)完成了973项目子课题和国家自然科学基金面上项目各一项。以该论文创新研究的进一步深化工作及技术应用,作为课题主持人2008年申请的项目获得了国家自然科学基金青年基金、上海市科委AM基金、教育部博士学科点专项科研基金的资助,作为课题主要参与人2007年申请的项目获得了国家自然科学基金重点项目、国家863项目和上海市纳米科技专项的资助。

关键词:碳纳米管场效应晶体管,多沟道,表面功能化修饰,定向排布,超声纳米焊接

Study on Carbon-Nanotube Multi-Channel Field-Effect Transistors

Chen Changxin

ABSTRACT

With traditional silicon technology developing toward its limit, it is exigent for us to seek the substitutes for silicon. Single-walled carbon nanotube (SWCNT) is regarded as an ideal candidate of building block for the next-generation integrated circuit due to its unique one-dimensional nanostructure and excellent physical, chemical and mechanical properties. One of the most important applications for SWCNTs is to be used for constructing carbon-nanotube field-effect transistors (CNTFETs). On this aspect, the SWCNT possesses a lot of advantages as follows: the charge carriers can transport ballistically in it; its surface is free of suspended bonds, which makes the use of high-k gate dielectric not degrade the carrier mobility; the symmetrical conduction band and valence band for it contributes to the fabrication of high-performance complementary circuits; its direct-band-gap structure enables the electronic and optoelectronic devices to be integrated on the same material platform. Compared to traditional metal-oxide-semiconductor FETs (MOSFETs), the CNTFET exhibits many superiorities such as the small device size, rapid operation speed and low power consume, which makes it hopeful to be utilized as a replacement for, or complement to, silicon-based devices in post-CMOS era to maintain the continuous advance of electronic industry.

At present, the research on the CNTFET has made much progress (Changxin Chen, Yafei Zhang, The Open Nanoscience Journal, 2007,1:13-18; Invited review paper). However, there are still many key problems to be overcome before realizing practical application of CNTFETs. Firstly,

only individual SWCNTs were used as the channels mostly in previously reported CNTFETs, which makes the fabricated devices exist the following disadvantages: the maximum current output and transconductance is too limited to drive secondary logic gates and interconnections in the circuits; the reliability and stability is low for that the only SWCNT channel in the device is prone to break down to cause the failure of the device as well as the device identity is poor; the channel width cannot be scaled laterally. The improvement of the channel structure is restricted by the fact that the SWCNTs without specific treatment usually tangle mutually, orientate randomly and include metallic and semiconducting two types, which requires one to adopt the suitable structure design and fabrication technology. Secondly, the formation of firm, low-resistance SWCNT/electrode contact is a difficulty in the fabrication of CNT devices at all times, which cumbers the acquirement of high device performance. It is of great importance to seek reliable, repeatable contact optimization methods for constructing high-performance CNT devices and circuits. Thirdly, the contact between one-dimensional semiconducting SWCNT and metal electrode behaves differently from that between traditional bulk semiconductor and metal, which needs to be studied more detailedly and thereby to be controlled and utilized.

In order to solve the abovementioned key problems, a multi-channel CNTFET (MC-CNTFET) with dispersively directed SWCNT array as the channel was advised and developed and at the same time a novel ultrasonic nanowelding technology was invented to bond two ends of SWCNTs onto the metal electrodes for improving their contacts in this dissertation. The device structure, fabrication technologies, characteristics and effects of the channel number for the MC-CNTFET had been studied in-depthly and systemically. The process, characteristics of the formed CNT/electrode interface and effects on the contact and device performance for the ultrasonic nanowelding had also been studied in detail. As a result, high-performance MC-CNTFETs were achieved. Besides, we also studied the effect of different contact metals on the MC-CNTFET type and the photoelectric characteristics of the FET with high and low work-function metals as drain and source electrodes respectively and its application. On the basis, the circuit application for the MC-CNTFET was explored. The main research contents and results of the dissertation are presented as follows:

(1)An innovative SWCNT alignment technology combining the surface decoration and

high-frequency AC dielectrophoresis was adopted to achieve dispersively directed SWCNT array.

The octadecylamine (ODA) was grafted onto purified SWCNTs by a direct condensation reaction, which made SWCNTs dissolvable in multifold organic solvents to form dispersive, long-term steady solutions. This decoration treatment also cause the exfoliation of most of SWCNT bundles into individual nanotubes (Changxin Chen, Yafei Zhang, International Journal of Nanoscience, 2006,5:389-394;Changxin Chen, et al, Physica E: Low-dimensional systems and nanostructures, 2005, 28: 121-127). The pre-decorated SWCNTs were aligned by an AC dielectrophoresis method, which effectively avoided the tanglement between SWCNTs and made them separately and directedly bridge the electrodes to form the high-density array (Changxin Chen, Yafei Zhang, Journal of Physics D-Applied Physics, 2006, 39: 172-176). It was found that the optimal alignment effect could be achieved when an AC bias with the frequency of 5 MHz and the peak-to-peak voltage of 10 V/μm was applied to align the SWCNTs in high-volatility solvents. The

SWCNT density could be controlled by regulating the alignment process and the concentration of SWCNT solution. Using our method, the space between neighboring SWCNTs could reach about 200 nm and 150 nm without the tanglement observed. The formation mechanism of this kind of dispersively directed SWCNT array was well illustrated by simulating the electric-field distribution in the alignment process (Changxin Chen, et al, Nanoscale Research Letters, 2009,4:157-164).

(2)A high-performance MC-CNTFET with dispersively directed semiconducting SWCNT

array as the channel was proposed and developed for the first time.

The key fabrication technologies of MC-CNTFETs were studied. It was found that the use of separated, directed SWCNTs as the channel could facilitate the electrical selective breakdown of metallic SWCNTs and contributed to the acquirement of high device on/off ratio (Changxin Chen, Yafei Zhang, Science in China, Ser. E, 2005,48: 669-678). The multi-channel device structure could not only greatly enhance the current output and transconductance of CNTFETs but also effectively improve the device reliability and yield (Changxin Chen, Yafei Zhang, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2006,6:3789-3793; Changxin Chen, et al, Applied Physics Letters,2009,95: 192110; Patent: ZL200510024427.6). In order to learn about the relation between the channel number and transconductance, a series of MC-CNTFETs with different SWCNT channel numbers between the same source and drain were fabricated. It was found that the channel number and transconductance had an approximately proportional dependency when the SWCNT density was not too high, which provides a path to linearly regulate the device transconductance by controlling the channel number (Changxin Chen, et al, Physics Letters A, 2007, 366: 474-479). By designing a finger-like array electrode pair to fabricate the space and number controllable SWCNT channels and optimizing the SWCNT/electrode contact, the high-performance MC-CNTFET had been fabricated (Changxin Chen, et al, IEEE Electron Device Letters, 2006, 27(10): 852-855; this article was awarded “Excellent Paper for Ph. D. Student” by Chinese Vacuum Society). For a nanowelded Au-contacted MC-CNTFET with 15 SWCNTs, the on-state current and transconductance were as high as 235 μA and 50.2 μS resp ectively at a low drain bias of -0.15 V (while they were only 0.014 μA and 0.028 μS for the non-nanowelded individual SWCNT-FET prepared in the same manner), a hole field-effect mobility up to 7160 cm2 V-1 s-1was achieved (which is the highest among the reported CNTFETs with the similar channel lengths), and a low inverse subthreshold slope of 116 mV/dec and a high current on/off ratio of 105 -106 was also exhibited.

(3) An ultrasonic nanowelding technology was developed for the first time to reliably bond

SWCNTs onto metal electrodes for remarkably improving the contact and device performance.

The process, bonding interface, contact characteristics and effect on the CNTFET performance for the ultrasonic nanowelding were studied. It was shown that the firm, low-resistance contact between SWCNTs and metal electrodes could be achieved and the contact resistance was decreased by 3 to 4 magnitudes with the ultrasonic nanowelding. After nanowelding, the two-terminal resistance was decreased into a range of 8-24 kΩ at room temperature for an 1-μm-long metallic SWCNT (the lowest value approaches the theoretical minimum resistance of 6.45 KΩ for a ballistic conducting metallic SWCNT with perfect contacts) and a small effective Schottky-barrier height

and width was obtained in the On state for a semiconducting SWCNT/metal contact (Changxin Chen, et al, Carbon, 2007,45: 436-442). The ultrasonic nanowelding can cause the formation of the carbide at SWCNT/electrode contacts at room temperature and change the contact configuration from “side-bonded”to “end-bonded”, thereby improving the performance of CNTFETs evidently. For a nanowelded back-gate individual nanotube FETs, a high on-state current of 18.9 μA and a transconductance of 3.6 μS could be acquired (this transconductance is maximum among the reported solid-state back-gate individual SWCNT-FETs, which is one order of magnitude higher than that of the device treated by the annealing method, while it is only 10-9 S order of magnitude before nanowelding), and the inverse subthreshold slope (S) of around 180 mV/dec (which was much lower than that of 730 mV/dec obtained after the high-temperature annealing treatment) and the high on/off ratio of 106-107 were also achieved. With an AFM-probe testing method, the bonds formed were demonstrated to be mechanically robust (Changxin Chen, et al, Nanotechnology, 2006,17: 2192-2197). In the dissertation, its mechanism and improvement effects on the device and contact performance for the ultrasonic nanowelding had also been discussed elementarily in theory. This technology was featured on the “spotlight” news subject of Nanowerk website, on Science Daily website, etc. The article published in the journal Nanotechnology fortunately became “Top 10 Downloaded Articles” in 2006. The relative patent (ZL200510028887.6)was also awarded “Silver Award of Shanghai Excellent Invention”.

(4) The transition of MC-CNTFETs from p type to n type was realized; The photovoltaic

effect of the FET with high-work-function metal/SWCNT/low-work-function metal configuration was found and studied for the first time.

The contact characteristics between semiconducting SWCNTs and different metals were studied. It was shown that the high-performance p-type and n-type MC-CNTFETs could be acquired respectively by nanowelding semiconducting SWCNTs onto high-work-function metals such as Au, Pd, Ti and low-work-function metals like Al, which realized the conversion of the device from p type to n type. We also studied the characteristics of the FET with high-work-function metal/SWCNT/low-work-function metal configuration by using the Pd and Al as the drain and source electrodes respectively (Changxin Chen, et al, Small, 2008, 4 (9): 1313-1318, Cover article; Patent: ZL200710038026.5). It was found that by choosing the suitable gate insulator thickness, gate voltage and source-drain gap, a strong built-in electric field can be formed in the whole SWCNT so as to efficiently separate the photogenerated electron-hole pairs and cause the photovoltaic effect for the device (Changxin Chen, et al,Applied Physics Letters, 2009,94:263501,Cover article). Under solar illumination, a large open-circuit voltage of 0.31 V and a short response time of about 90 ms could be achieved by the device, which enables the device to be applied as the solar photovoltaic microcell. In order to evaluate the actual power conversion efficiency, a high-frequency electromagnetic scattering model was adopted in the limited element simulation method to calculate optical absorption of the SWCNT array in the device system (Changxin Chen, et al, IEEE Transactions on Nanotechnology,2009,8:303-314, Cover article). In this model, SWCNTs were treated as dielectric cylinders with frequency-dependent complex permittivity and diversified light scatterings and couplings caused by the device structures and SWCNTs themselves were considered. Thus, the optical absorption of SWCNTs could be

碳纳米管的现状和前景

碳纳米管的现状和前景 信息技术更新日新月异,正如摩尔定律所言,集成电路的集成度每隔18 个月翻一番,即同样的成本下,集成电路的功能翻一倍。这些进步基于晶体管的发展,晶体管的缩小提高了集成电路的性能。 在硅基微电子学发展的过程中,器件的特征尺寸随着集成度的越来越高而日益减小,现在硅器件已经进入深微亚米阶段,也马上触及到硅器件发展的瓶颈,器件将不再遵从传统的运行规律,具有显著的量子效应和统计涨落特性. 为了解决这些问题,人们进行了不懈地努力,寻找新的材料和方法,来提高微电子器件的性能。研究基于碳纳米管的纳电子器件就是其中很有前途的一种方法。 碳纳米管简介 一直以来都认为碳只有两种形态——金刚石和石墨。直至1985年发现了以碳60为代表的富勒烯、从而改变了人类对碳形态的认识。1991年,日本筑波NEC研究室内科学家首次在电子显微镜里观察到有奇特的、由纯碳组成的纳米量级的线状物。此类纤细的分子就是碳纳米管 碳纳米管有许多优异的性能,如超高的反弹性、抗张强度和热稳定性等。被认为将在微型机器人、抗撞击汽车车身和抗震建筑等方面有着极好的应用前景。但是碳纳米管的第一个获得应用的领域是电子学领域、近年来,它已成为微电子技术领域的研究重要方面。 研究工作表明,在数十纳米上下的导线和功能器件可以用碳纳米管来制造,并连接成电子电路。其工作速度将过高于已有的产品而功率损耗却极低! 不少研究组已经成功地用碳纳米管制成了电子器件。例如IBM 的科学家们就用单根半导体碳纳米管和它两端的金属电极做成了场效应管(FETs)。通过是否往第三电极施加电压,可以成为开关,此器件在室温下的工作特性和硅器件非常相似,而导电性却高出许多,消耗功率也小。按理论推算,纳米级的开关的时钟频率可以达到1太赫以上,比现有的处理器要快1000倍。 碳纳米管的分类 石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层,根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。 单壁碳纳米管(SWNT)由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。SWNT 的直径一般为1-6 nm,最小直径大约为0.5 nm,与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定,会发生SWNT 管的塌陷,长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似,故也有人称其为巴基管或富勒管。 多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。其层数从2~50 不等,层间距为0.34±0.01nm,与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为2~30nm 和0.1~50μm。多壁管在开始形成的时候,层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷,因而多壁管的管壁上通常

材料导论碳纳米管综述

姓名:欧阳一鸣学号:2013012532 班级:高材 1313

潜在的碳纳米管场效应晶体管的模拟电路 介绍 在集成电路晶体管的指数增长摩尔定律所描述的内容持续了近一个半世纪 里。然而,2010年的国际半导体技术发展路线图预测增长将减缓到2013年底。 这主要是因为互补金属氧化物半导体(CMOS的比例正迅速接近其物理限制带来了许多障碍,如更高的亚阈值传导,栅氧化层和结泄漏增加,低输出电阻和跨导,增加热量生产。这使得半导体行业探索不同的材料和设备更加超越摩尔定律(如通过创造ITRS)。在这些材料和器件研究,碳纳米管场效应晶体管(CNFET) 已经获得了,因为它们规模小,流动性高,近弹道输运,大电流密度和较低的固有电容。自推出CNFETs该研究已主要重点对他们的数字电路使用。甚至中等规模薄流明碳纳米管(CNT的集成电路已报告了灵活塑料基板。然而,开/关比(也称为噪声余量)通常很小对于目前制造CNFETs因为存在金属碳纳米管[, 因此需要更多的调查,他们用于数字电路。与此相反,CNFETs具有更多潜在用 于高性能模拟电路,其中所述晶体管不需要充分关闭。此外,特性perform-ANCE 度量类似物或RF晶体管是更适合材料和碳纳米管的设备性能和制造tol-era nces ,也可以更轻松得的。 CNFETS础知识 场效应管的结构和MOSFE样的CNFETs 在传统的MOSFET源区和漏区是由两个重掺杂区中的硅衬底形成,并且栅极由多晶硅材料,其是绝缘的形成从基板由薄的二氧化硅层。如果电压被施加到 栅极端,下方的连续信道栅极形成用于电流流动的源极和漏极之间。 另一方面为CNFETs栅极,源极和漏极接触由像铬或钨金属与 4.5电子伏特的功函数。H是金属接触的高度,L是长度。值得一提的是,出两种类型CNFETs 即肖特基势垒和MOSFE等的,选择后者,因为它具有较高的离子/IOFF比率,过渡频率f 低的,更低的寄生电容,更好的AC性能和更高的制造可行性。在MOSTFE样的CNFE■之间的电流源和漏接触使用碳纳米管。根据贝壳的数量形成管状结构这些碳纳米管可以作为折叠见石墨烯成管状结构,可以单壁和多壁。单壁碳

全国研究生入学考试具体流程

从2010年5月开始一直到2011年的5月份,这一年的时间就是考研的一个从复习准备到实施的全流程。了解此过程中的重大事件和应该注意的事项有助于考研取得完满的成功。 一、时间:2010年5月中旬 事件:教育部考试中心召开2010年硕士研究生入学考试第一次工作回忆暨大纲修订预备会议。此次会议的内容是总结分析上一年阅卷情况,讨论2010年硕士研究生入学考试大纲修订方案。 考生应关注事项:密切关注2010年研究生入学考试分数线信息、复试和调剂信息。 二、时间:2010年6月中旬 事件:教育部考试中心召开2010年硕士研究生入学考试第二次工作会议暨大纲修订正式会议。 内容:邀请政治、英语、数学以及各统考专业课学科专家正式讨论2010年硕士研究生入学。考试大纲修订方案,并开展大纲具体修订工作。 三、时间:2010年7月上旬 事件:2010年硕士研究生入学考试考试大纲正式发行。 内容:政治、英语、数学及部分统考专业课考试大纲及大纲解析陆续出版发行。 考生应关注事项:购买考试大纲及大纲解析。 四、时间:2010年7月下旬——8月中旬 事件:教育部定制2010年全国研究生招生计划。 内容:全国各研招机构根据教育部2010年研究生招生的要求和本机构上一年度的招生计划。完成情况,上报2010年度研究生招生计划(含保送生名额)。 年教育部汇总各研招机构计划,制定全国2010年硕士研究生招生计划。 五、时间:2010年8月下旬——9月初 事件:全国招生简章正式公布。 内容:教育部公布2010年全国硕士研究生招生简章。 各研招机构根据2010年全国硕士研究生入学考试招生简章要求公布本机构2010年硕士研究生招生简章及招生专业目录。 考生应关注事项:关注全国研究生招生最新政策变化。关注目标院校目标专业研究生招生。计划、考试科目、指定参考教材有否发生变化。 六、时间:2010年9月18日——9月23日 事件:全国硕士研究生入学考试网上预报名。 内容:各大高校应届大四毕业生可以在网上进行预报名 考生应关注事项:关注报名流程、选择好报考院校专业。 七、时间:2010年10月10日——10月31日 事件:全国硕士研究生入学考试网上正式报名。 内容:全国考生进行网上报名。

南洋理工大学材料科学与工程学院研.doc

南洋理工大学材料科学与工程学院研究领域详解学校名称: 新加坡南洋理工大学 Nanyang Technological University 所在位置:新加坡 创建时间:1991

QS排名:55 在您在材料科学与工程学院的日子里,你将会有丰富的知识和技能。我们的目标是让每个学生充分利用材料科学与工程学院的每一项资源,成为具备未来所需技能的领导者,跟着一起来了解一下该学院的研究领域吧。 一、专业纵览

你将会有:材料领域的专业知识;清晰的心灵解决任何问题;精明地传达思想和想法;燃烧激情,实现超越已知能力;在不懈的进步中怜悯。最后一个属性可以完成材料科学与工程学院教育,这就是为了达到你想要的目标而采取的行动。在材料科学与工程学院,我们将为您提供学习的机会。通过您的主动性,参与度和愿望,您可以从经验中获得最大收益。 二、学院使命和愿景 通过不同学科的广泛教育培养创意和企业家领导者成为一所以科学技术为基础的伟大的全球性大学;为了与大学的使命和愿景保持一致,材料科学与工程学院学院制定了以下使命和愿景。 十年来,教育和激励全球联系和跨学科培训的材料科学家和工程师。创造智力价值,激发基于需求的研究,并将科学和技术转化为市场。成为全球领先的材料科学与工程机构。 成为全球领先的材料科学与工程机构,十年来,教育和激励全球联系和跨学科培训的材料科学家和工程师,创造知识价值,激发基于需求的研究,并将科学和技术转化为市场。

三、研究纵览 材料科学与工程学院(材料科学与工程学院)为员工和学生提供了一个充满活力和培养的环境,以便在以下关键领域开展跨学科研究:生物材料和生物医学设备;计算材料科学;国防材料;功能材料和复合材料;可持续发展材料;纳米电子学,纳米材料和多铁学,材料科学与工程学院配备了各种类型的设备和设备,用于教学和广泛的研究用途。 以下是我们的实验室和设施:生物材料;光伏联合实验室;仿生传感器科学中心;电子空间和电子学习工作室;级表征,测试和模拟设施;无机材料表征;材料加工;纳米材料;生物医学实验室;有机材料服务实验室;太阳能燃料实验室。 四、研究领域 研究是材料科学与工程学院最重要的支柱。它将推动我们的增长数量和质量。我们强调对所有教职员工的研究,并鼓励我们的本科生在他们任职的早期参与研究课程。我们通过与世界一流机构的交流课程和联合学位课程,继续寻找

碳纳米管综述

碳纳米管综述 摘要:本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程,并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。 引言:在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon nanotube”,即碳纳米管,又名巴基管。 正文: 碳纳米管的制备: 碳纳米管的合成技术主要有:电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD,以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。电弧法 利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。 T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电,首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结,D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接,大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物,实现了SWNTs的大量制备。研究发现,铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。 近年来,人们除通过调节电流、电压,改变气压及流速,改变电极组成,改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外,还通过改变打弧介质,简化电弧装置。 综上所述,电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直,壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低,电弧放电过程难以控制,制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。 催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD) 催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂,适于碳纳米管的大规模制备,产物中的碳纳米管含量较高,但碳纳米管的缺陷较多。 催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单,关键是催化剂的制备和分散。目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面:大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂,粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体,乙炔、丙烯及甲烷等作碳源,氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气,在530℃~1130℃范围内,碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。1993年Yacaman等人[5]采用此方法,用Fe催化裂解乙炔,在770℃下合成了多壁碳纳米管,后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源,也都取得了成功。为使碳离子均匀分布,科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。 激光蒸发法

全国硕士研究生招生标准信息库结构

全国硕士研究生招生标准信息库结构 一、考生报名信息库结构 (库名:代码/省市代码+SBM.DBF)) 类别序 号 汉字名称字段名称 类 型 长 度 字段说明 考生基本信息 1 报名点代码BMDDM C 4 省(区、市)代码(2位)+本省(区、市) 报名点序号(2位) 2 考生报名号BMH C 9 报名点代码(4位)+报名序号(5位),由 系统随机生成 3 考生姓名XM C 20 按紧左原则(字库中没有的汉字用半角状态 “??”代替) 4 考生姓名拼音XMPY C 40 按姓名的拼音的书写形式填写 5 考生编号KSBH C 15 由招生单位编写,必须填满15位。编码规则: 推免生编号为接收单位代码(5位)+入学年 度尾数(1位)+推荐单位代码(5位)+接收 单位自编号;其他考生编号为单位代码(5 位)+入学年度尾数(1位)+单位自编号; 不准考考生填“不准考”三个汉字,不得填 写其它字符 6 证件类型ZJLX C 2 01-内地身份证,02-军人证件(军官证或军 队高校学员证),03-港澳台身份证,04-华 侨身份证(无身份证者可填护照号) 7 证件号码ZJHM C 18 按本人身份证号填,内地身份证只有15位数 字和18位数字(18位身份证最后一位可为X 或x)两种格式,军人证件、港澳台身份证、 护照按证件号码填写 8 出生日期CSRQ C 8 本人出生日期,即年(XXXX)月(XX)日(XX), 共8位,年、月、日间不加任何字符 9 民族码MZM C 2 见附件3,表三 10 性别码XBM C 1 1-男,2-女 11 婚否码HFM C 1 0-未婚,1-已婚 12 现役军人码XYJRM C 1 1-军队在职干部,2-军校应届本科毕业生, 3-国防生,0-非军人 13 政治面貌码ZZMMM C 2 见附件3,表二 14 籍贯所在地码JGSZDM C 6 见附件3,表四

碳纳米管器件原理和应用

碳纳米管器件原理和 应用 姓名:郭天凯 专业:应用物理 学号:2012437019

摘要: 纳米材料被誉为是21 世纪的重要材料,它将构成未来智能社会的四大支柱之一。碳纳米管在纳米材料中最富有代表性,并且是性能最优异的材料。碳纳米管具有独特的结构形态和优异的电学、力学等性能,碳纳米管的独特结构和优异的物理力学性能使它成为纳米科技领域中构筑纳尺度器件和系统的重要基础,为纳米科技领域的创新提供着持续强劲的原动力。碳纳米管在各种应用领域中的巨大应用前景,包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件、平板场致发射显示器以及碳纳米管微操作等,碳纳米管独特的结构和优良性能使其在纳米技术和纳米电子学领域扮演着愈来愈重要的角色,本文综述了碳纳米管器件的原理和应用。 关键词:碳纳米管器件、场效应管、单电子晶体管、电磁屏蔽复合材料、聚合物基吸波复合材料、超电容器电极材料、储氢材料、催化剂载体 正文: 一、碳纳米管器件的制备原理 碳纳米管的生长和制备是场致发射显示器研制中关键的一个环节。目前,人们可以利用激光轰击法、化学汽相沉积法、辉光放电法、直流电弧放电法、气体燃烧法、催化剂高温热解法等多种方法制备碳纳米管。在这些技术当中,直流电弧放电法的生产工艺简单,可以大批量生产。虽然目前已经有很多种制备碳纳米管的方法,但是碳纳米管的大量制备仍然是以电弧放电法和高温催化热解法为主。其中电弧

放电法可以获得具有较高程度石墨化结构的碳纳米管,十分适用于理论研究的需要。C.Journet等人采用电弧法的工艺过程如下:在氩气气氛下,利用阴阳两个电极之间的大量放电现象来实现碳纳米管材料的生长。阴极是一个长约100mm、直径大约6mm的石墨棒,上面刻蚀了一个4mm深、3.5mm直径大小的孔洞,利用金属催化剂和石墨粉末的混合物进行填充。利用大约为100A的高电流来产生电弧放电,通过不断移动阳极,同时保持阴极和阳极之间的间距为常数(大约为 3mm)来实现的。典型的生长时间为2min。从SEM的结果看,存在着大量的、相互缠绕的碳纤维材料均匀地分布在至少为几个平方毫米的衬底表面上,碳纳米管的直径为10~20nm,而两个缠绕点之间的平均距离在几个微米左右,但是看不出碳纳米管的顶端。估计碳纳米管的产量在百分之八十左右。 碳纳米管的电学性能,单壁碳纳米管既可表现为金属性,又可表现为半导体性;电子在碳纳米管中可实现弹道式传输,无电子散射发生,无能量损失;碳纳米管的通流能力可以达到109? 1010A/cm2,并在较高的温度下稳定地存在而没有电迁移现象;碳纳米管的电流传输具有螺旋特征,使其磁场分布主要集中在碳管的内部;碳纳米管的场发射特性具有相对低的开启电压和阈值电压、良好的场发射稳定性和长的发射周期;碳纳米管的微波介电特性使其表现出较强的宽带微波吸收性能。碳纳米管的力学性能,比重为钢的1/6,强度为钢的100 倍,杨氏模量可达1000 GPa,比金刚石高好几倍,弹性模量可达 1 TPa;具有高弹性,高的韧性;通过材料的响应,直接把电能转化为机械能。

碳纳米管在场发射显示器中的应用及影响

碳纳米管在场发射显示器中的应用及影响 陈凯 06006311 前言: 显示技术作为多学科交叉的综合技术,已经渗透到当今民用和军用的各个领域,发挥着重要的作用。尤其在以网络和无线通讯为标志的信息时代,上下“信息高速公路”均需以显示器作为平台,因而对显示技术的期望值更高。显示技术的产业化将在信息时代得到进一步的发展,并将创造更大的社会财富。 在阴极射线管(CRT)、薄膜晶体管液晶(LCD)、等离子体(PDP)、有机电致发光等诸多显示器件中,CRT器件目前最为成熟,在全球市场上占据主导地位,它具有高亮度、高分辨率、全视角等优点,人们已广泛接受了其色彩和画质,因而它也成为人们衡量其他显示质量的一个无形标准。但CRT存在着体积庞大、笨重、功耗高等缺点。如何保留CRT的色彩与画质,并使CRT数字化、薄型化是科技界与产业界十分关注的问题。而场致发射显示器(FED),则因为其发光原理上与CRT较为相似,故在是唯一的图像质量可与CRT相媲美的平板显示器,最符合电视特性,并且更易制备出较大显示面积。 然而,经过多年的努力,商品化的场发射显示器仍然难以进于市场。究其原因,在于就场发射显示器的关键技术:阴极电子发射材料而言,传统的尖锥冷阴极加工工艺复杂,使得成品率难以提高,成本很难降低。而碳纳米管阴极的出现,为这一显示技术提供了新的突破点。 一、FED显示器的原理及结构 场发射电极理论最早是在1928年由R.H.Eowler与L.W.Nordheim共同提出,不过真正以半导体制程技术研发出场发射电极组件,开启运用场发射电子做为显示器技术,则是在1968年由C.A.Spindt提出,随后吸引后续的研究者投入研发。 其工作原理是:众多的阴极发射体以阵列状排列,每一个像素对应于一个或若干个发射体。在强电场作用下,阴极材料表面势垒高度降低,势垒宽度变窄,阴极发射体中的电子通过隧道效应穿透势垒发射到真空中,并轰击阳极上的荧光粉层而发光。 其基本结构如图1所示,主要由平面电子源场发射阵列(阴极)、栅极和阳极荧光屏构成,再加上辅助部分如消气剂、绝缘支柱,最后真空封装构成。阴阳两极采用透明导电膜(通常是ITO),其上涂敷荧光粉。阳极、阴极和栅极由各自的引线电极与外围的驱动电路相连。阴极和栅极互相垂直,利用栅极和阴极实现矩阵选址。每个阴极和栅极的交叉点对应于—个像素点。固定阳极电压,调节栅极电压,当两种叠加电场超过材料的阈值电场时,阴极的微尖发射,该像素被点亮,否则像素点被截止不发光。 以此,FED利用平面冷电子源代替热阴极的电子源,节省庞大的电子枪空间。同

常见大中功率管三极管参数(精)

常见大中功率管三极管参数 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型2SD1402 1500V 5A 120W * * NPN 2SD1399 1500V 6A 60W * * NPN 2SD1344 1500V 6A 50W * * NPN 2SD1343 1500V 6A 50W * * NPN 2SD1342 1500V 5A 50W * * NPN 2SD1941 1500V 6A 50W * * NPN 2SD1911 1500V 5A 50W * * NPN 2SD1341 1500V 5A 50W * * NPN 2SD1219 1500V 3A 65W * * NPN 2SD1290 1500V 3A 50W * * NPN 2SD1175 1500V 5A 100W * * NPN 2SD1174 1500V 5A 85W * * NPN 2SD1173 1500V 5A 70W * * NPN 2SD1172 1500V 5A 65W * * NPN 2SD1143 1500V 5A 65W * * NPN 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型2SD1142 1500V 3.5A 50W * * NPN 2SD1016 1500V 7A 50W * * NPN 2SD995 2500V 3A 50W * * NPN 2SD994 1500V 8A 50W * * NPN 2SD957A 1500V 6A 50W * * NPN 2SD954 1500V 5A 95W * * NPN 2SD952 1500V 3A 70W * * NPN 2SD904 1500V 7A 60W * * NPN 2SD903 1500V 7A 50W * * NPN 2SD871 1500V 6A 50W * * NPN 2SD870 1500V 5A 50W * * NPN 2SD869 1500V 3.5A 50W * * NPN 2SD838 2500V 3A 50W * * NPN 2SD822 1500V 7A 50W * * NPN 2SD821 1500V 6A 50W * * NPN 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型2SD348 1500V 7A 50W * * NPN 2SC4303A 1500V 6A 80W * * NPN 2SC4292 1500V 6A 100W * * NPN 2SC4291 1500V 5A 100W * * NPN 2SC4199A 1500V 10A 100W * * NPN 2SC3883 1500V 5A 50W * * NPN 2SC3729 1500V 5A 50W * * NPN 2SC3688 1500V 10A 150W * * NPN

国产5nm碳纳米管研究新突破

国产5nm 碳纳米管研究新突破 北京大学信息科学技术学院彭练矛-张志勇课题组在碳 纳米管电子学领域进行了十多年的研究,发展了一整高性能碳纳米管CMOS 晶体管的无掺杂制备方法,通过控制电极功函数来控制晶体管的极性。集成电路发展的基本方式在于晶体管的尺寸缩减,从而性能和集成度,得到更快功能更复杂的芯片。目前主流CMOS 技术即将发展到10 纳米技术节点,后续发展将受到来自物理规律和制造成本的限制,很难继续提升,“摩尔定律”可能面临终结。20 多年来,科学界和产业界一直在探索各种新材料和新原理的晶体管技术,以望替代硅基CMOS 技术。但是到目前为止,并没有机构能够实现10 纳米的新型CMOS 器件,而且也没有新型器件能够在性能上真正超过最好的硅基CMOS 器件。碳纳米管被认为是构建亚10 纳米晶体管的理想材料,其原子量级的管径保证了器件具有优异的栅极静电控制能力,更容易克服短沟道效应;超高的载流子迁移率则保证器件具有更高的性能和更低的功耗。理论研究表明碳管器件相对于硅基器件来说具有5-10 倍的速度和功耗优势,有望满足后摩尔时代集成电路的发展需求。但是已实现的最小碳纳米管CMOS 器件仅停滞在20nm 栅长(2014 年IBM ),而且性能远远低于预期。 北京大学信息科学技术学院彭练矛-张志勇课题组在碳纳米

管电子学领域进行了十多年的研究,发展了一整高性能碳纳 米管 CMOS 晶体管的无掺杂制备方法,通过控制电极功函 数来控制晶体管的极性。 彭练矛教授(左)和张志勇教授 (右) 5nm 技术节点实现突破近年来, 该课题组通过优化器件结构 和制备工艺,首次实现了栅长为 10 纳米的碳纳米管顶栅 CMOS 场效应晶体管(对应于 5纳米技术节点),P 型和n 型器件的亚阈值摆幅( subthreshold swing, SS )均为 70 mV/DEC 。器件性能不仅远远超过已发表的所有碳纳米管器 件,并且更低的工作电压(0.4V )下,P 型和n 型晶体管性 能均超过了目前最好的( Intel 公司的 14 纳米节点)硅基 CMOS 器件在 0.7V 电压下工作的性能。 特别碳管 CMOS 晶 体管本征门延时达到了 0.062Ps ,相当于 14 纳米硅基 CMOS 器件( 0.22Ps )的 1/3 。图 1:10 纳米栅长碳纳米管 CMOS 器件。 A : n 型和 P 型器件截面图和栅堆垛层截面图; P 型和 n 型碳管器件的转移曲线以及与硅基 CMOS 器件 (Intel, 14nm, 22nm )的对比。D:碳管器件的本征门延时与 14nm 硅基 CMOS 对比。课题组进一步探索 5nm 栅长(对 应3 纳米技术节点)的碳管晶体管。采用常规结构制备的栅 长为 5 纳米的碳管晶体管容易遭受短沟道效应和源漏直接隧 穿电流影响,即使采用超薄的高 k 栅介质(等效氧化层厚度 0.8纳米),器件也不能有效地关断,SS 一般大于 课题组采用石墨烯作为碳管晶体管的源漏接触,有效地抑制B-C: 100mV/Dec 。

常用全系列场效应管MOS管型号参数封装资料

场效应管分类型号简介封装DISCRETE MOS FET 2N7000 60V,0.115A TO-92 DISCRETE MOS FET 2N7002 60V,0.2A SOT-23 DISCRETE MOS FET IRF510A 100V,5.6A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF520A 100V,9.2A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF530A 100V,14A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF540A 100V,28A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF610A 200V,3.3A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF620A 200V,5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF630A 200V,9A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF634A 250V,8.1A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF640A 200V,18A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF644A 250V,14A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF650A 200V,28A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF654A 250V,21A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF720A 400V,3.3A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF730A 400V,5.5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF740A 400V,10A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF750A 400V,15A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF820A 500V,2.5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF830A 500V,4.5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF840A 500V,8A TO-220 DISCRETE

碳纳米管的结构、性能和应用

碳纳米管的制备、性质和应用 摘要:综述了碳纳米管的研究进展,简单地介绍了单层碳纳米管和多层碳纳米管的基本形貌、结构及其表征,列举了几种主要的制备方法以及特点,介绍了碳纳米管优异的物理化学性质,以及在各个领域中潜在的应用前景和商业开发价值。 Abstract: the article reviews the study progress in nanotubes, and gives a brief introduction to single-layer carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes of their morphology, structure and characterization. At the same time ,the commonly used ways of preparation and principles as well as the applications and research prospect of carbon nanotubes are also presented. Key words: carbon nanotubes ; preparation; application 前言 仅仅在十几年前,人们一般认为碳的同素异形体只有两种:石墨和金刚石。1985年,英国Sussex大学的Kroto教授和美国Rice大学的Smalley教授进行合作研究,用激光轰击石墨靶尝试用人工的方法合成一些宇宙中的长碳链分子。在所得产物中他们意外发现了碳原子的一种新颖的排列方式,60个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点,构成一个与现代足球形状完全相同的中空球,这种直径仅为0.7nm的球状分子即被称为碳60分子1-2。此即为碳晶体的第三种形式。 1991年,碳晶体家族的又一新成员出现了,这就是碳纳米管。日本NEC公司基础研究实验室的Iijima教授在给《Nature》杂志的信中宣布合成了这种一种新的碳结构3。这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体,是碳团簇领域的又一重大科研成果。碳纳米管(CNTs)具有较大的长径比和比表面积、较低的电阻和很高的化学稳定性,同时又可吸附适合其内径的分子,在材料科学、微电子学、电化学领域中都有重要应用。 1碳纳米管的结构 碳原子sp2杂化形成关闭或开放的蜂巢状原子排列,卷曲产生管状的碳结构。CNTs的直径为零点几纳米至几十纳米,每个单壁管侧面由碳原子的六边形组成,长度一般为几十纳米至微米级,两端由碳原子的五边形封顶,单壁碳纳米管(SWNTs)存在3种类型的结构,分别为单壁纳米管(Armchair nanotubes)、锯齿型纳米管(Zigzag nanotubes)和手性型纳米管(Chiral nanotubes),见图14。多层碳纳米管一般有几个到几十个SWNT同轴构成,管间距为0.34nm左右,这相当于石墨的{0002}面间距,直径约为1nm,长径比大。 图13种类型的碳纳米管 CNTs的性能由它们的直径和手性角θ来确定,而这两个参数又取决于两个整数n和m 值,Ch=na1+ma2,a1和a2为CNTs一个单胞的单位矢量。手性矢量形成了纳米管圆形横截面的圆周,不同的m和n值导致了不同的纳米管结构1,5。 2碳纳米管的制备

全国硕士研究生招生考试英语试题完整版及参考答案

2015 年全国硕士研究生入学统一考试英语一试题 Section 1 Use of English Directions: Read the following text. Choose the best word(s) for each numbered blank and mark [A], [B], [C] or [D] on ANSWER SHEET 1. (10 points) Though not biologically related, friends are as related as fourth cousins, sharing about 1% of genes. That is 1 a study published from the University of California and Yale University in the Proceedings of the National Academy of Sciences, has 2 . The study is a genome-wide analysis conducted 3 1932 unique subjects which 4 pairs of unrelated friends and unrelated strangers. The same people were used in both 5 .While 1% may seem 6 , it is not so to a geneticist. As James Fowler, professor of medical genetics at UC San Diego, says, Most people do not even 7 their fourth

常用场效应管参数大全

常用场效应管参数大全 型号材料管脚用途参数 3DJ6NJ 低频放大20V0.35MA0.1W 4405/R9524 2E3C NMOS GDS 开关600V11A150W0.36 2SJ117 PMOS GDS 音频功放开关400V2A40W 2SJ118 PMOS GDS 高速功放开关140V8A100W50/70nS0.5 2SJ122 PMOS GDS 高速功放开关60V10A50W60/100nS0.15 2SJ136 PMOS GDS 高速功放开关60V12A40W 70/165nS0.3 2SJ143 PMOS GDS 功放开关60V16A35W90/180nS0.035 2SJ172 PMOS GDS 激励60V10A40W73/275nS0.18 2SJ175 PMOS GDS 激励60V10A25W73/275nS0.18 2SJ177 PMOS GDS 激励60V20A35W140/580nS0.085 2SJ201 PMOS n 2SJ306 PMOS GDS 激励60V14A40W30/120nS0.12 2SJ312 PMOS GDS 激励60V14A40W30/120nS0.12 2SK30 NJ SDG 低放音频50V0.5mA0.1W0.5dB 2SK30A NJ SDG 低放低噪音频50V0.3-6.5mA0.1W0.5dB 2SK108 NJ SGD 音频激励开关50V1-12mA0.3W70 1DB 2SK118 NJ SGD 音频话筒放大50V0.01A0.1W0.5dB 2SK168 NJ GSD 高频放大30V0.01A0.2W100MHz1.7dB 2SK192 NJ DSG 高频低噪放大18V12-24mA0.2W100MHz1.8dB 2SK193 NJ GSD 高频低噪放大20V0.5-8mA0.25W100MHz3dB 2SK214 NMOS GSD 高频高速开关160V0.5A30W 2SK241 NMOS DSG 高频放大20V0.03A0.2W100MHz1.7dB 2SK304 NJ GSD 音频功放30V0.6-12mA0.15W 2SK385 NMOS GDS 高速开关400V10A120W100/140nS0.6 2SK386 NMOS GDS 高速开关450V10A120W100/140nS0.7 2SK413 NMOS GDS 高速功放开关140V8A100W0.5 (2SJ118) 2SK423 NMOS SDG 高速开关100V0.5A0.9W4.5 2SK428 NMOS GDS 高速开关60V10A50W45/65NS0.15 2SK447 NMOS SDG 高速低噪开关250V15A150W0.24可驱电机2SK511 NMOS SDG 高速功放开关250V0.3A8W5.0 2SK534 NMOS GDS 高速开关800V5A100W4.0 2SK539 NMOS GDS 开关900V5A150W2.5 2SK560 NMOS GDS 高速开关500V15A100W0.4 2SK623 NMOS GDS 高速开关250V20A120W0.15 2SK727 NMOS GDS 电源开关900V5A125W110/420nS2.5 2SK734 NMOS GDS 电源开关450V15A150W160/250nS0.52 2SK785 NMOS GDS 电源开关500V20A150W105/240nS0.4 2SK787 NMOS GDS 高速开关900V8A150W95/240nS1.6 2SK790 NMOS GDS 高速功放开关500V15A150W0.4 可驱电机

碳纳米管的性能综述

碳纳米管的性能综述 摘要 碳纳米管因为性能多方面并且应用广泛而受到很多研究员的关注,本文将对碳纳米管的几个性能的研究进行综述,包括碳纳米管的碳纳米管/FeS类Fenton催化剂催化性能、纳米连接性能、碳纳米管增强复合材料风机叶片性能、碳纳米管稳定性能分析、碳纳米管机械强度、碳纳米管吸附特性的综述。 关键字:碳纳米管性能催化剂催化性能连接性能稳定性能纤维的性能吸附特性 碳纳米管/FeS类Fenton催化剂催化性能 杨明轩等以浮动催化热分解法制备碳纳米管( CNTs) ,采用氧化-还原-硫化的方法制备了CNTs /FeS催化剂,采用X射线衍射( XRD) 透射电子显微镜( TEM) 和热重( TG) 分析等技术对催化剂进行了结构表征。将CNTs /FeS作为类Fenton催化剂用于水中环丙沙星的去除,研究了降解过程中H2O2 浓度CNTs /FeS催化剂的投加量环丙沙星浓度及pH等因素对催化降解性能的影响。结果表明,CNTs /FeS类Fenton催化反应在H2O2 浓度为20mmol /L和CNTs /FeS催化剂的投加量为10 mg的条件下具有最优的降解效果,其催化反应过程符合一级动力学方程,且具有更加宽泛的pH适应范围( pH=3 ~8) ,同时,CNTs /FeS类Fenton 催化剂在使用寿命方面也具有一定的优势.结论是采用碳纳米管原始样品制备了CNTs /FeS 类Fenton催化剂,并应用于环丙沙星的催化降解反应中,在pH=3 ~8范围内可保持较高去除率( 可达89%) ; 当H2O2 浓度为20mmol /L时,去除率最高( 可达90%) ; CNTs /FeS催化剂催化降解环丙沙星反应过程符合表观一级动力学方程。CNTs /FeS类Fenton催化反应在固液比1 ∶2的情况下,循环使用4次后仍然保持较高的催化降解效率。 碳纳米管的连接性能 2002年,Derycke等采用恒定的电流施加于Au电极结果表明,在焦耳热作用下,单壁碳纳米管( SWCNTs) 与金电极接触处的氧气等吸附物发生脱附,并获得了较低的接触电阻。 2006年,Chen等提出一种新颖的超声纳米焊接技术该技术使用超高频微幅振动的压头,成功地将CNTs压焊到金属电极上,形成可靠的电接触结果表明,焊接后的结构具有较高的机械强度和较低的接触电阻采用这种超声纳米焊接技术,能极大地改善基于CNTs的场效应晶体管性能。目前的纳米连接技术主要包括局部焦耳热法高温退火法电子束焊接法超声纳米焊接和原子力显微镜操纵法。 2011年,Karita等研究了多壁碳纳米管( MWCNTs) 和金电极间的电接触,并在接触处施加电流结果表明,当电流密度达到108A /cm2时,金表面沿着MWCNTs端开始熔化当电流密度提高2倍时,观察到接触区域的金表面结构发生显著性改变,从而减少了接触阻抗该研究组还针对开口和封口CNTs与金电极的纳米连接进行了研究发现,在与Au电极接触的区域中,采用开口CNTs所获单位面积电导率约为封口CNTs电导率的4倍但同时观测到,采用局部焦耳热法时,所产生的大电流引起连接区域材料过度熔化及表面形貌的改变,进而影响器件的性能。 碳纳米管的稳定性能

碳纳米管场效应晶体管设计

第24卷 第10期 电子测量与仪器学报 Vol. 24 No. 10 2010年10月 JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT · 969 · 本文于2010年8月收到。 * 基金项目: 安徽省自然科学基金(编号: 090414199)资助项目; 中央高校基本科研业务费专项资金(编号:2010HGZY0004, 2010HGXJ0224)资助项目。 DOI: 10.3724/SP.J.1187.2010.00969 碳纳米管场效应晶体管设计与应用* 许高斌1,2 陈 兴1,2 周 琪3 王 鹏1,2 (1. 安徽省微电子机械系统工程技术研究中心, 合肥 230009; 2. 合肥工业大学电子科学与应用物理学院, 合肥 230009; 3. 合肥工业大学材料科学与工程学院, 合肥 230009) 摘 要: 碳纳米管具有一些独特的电学性质, 在纳米电子学有很好的应用前景。随着纳米技术的发展, 新的工艺技术也随之产生。纳米器件的“由下至上”制作工艺, 是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的, 在新工艺基础之上, 可以利用纳米管、纳米线的性质制作成各种新的电子器件。由于碳纳米管可以和硅在电子电路中扮演同样的角色, 随着基于碳纳米管的纳米电路研究的深入发展, 电子学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。从分析碳纳米管分立场效应晶体管典型结构特点入手, 分析阐述了碳纳米管构建的典型纳米逻辑电路结构特征及碳纳米管在柔性纳米集成电路方面的应用。 关键词: 碳纳米管;场效应晶体管;纳米逻辑门电路;柔性纳米集成电路;纳米电子学 中图分类号: O484 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 430.4030 Design and application of carbon nanotube FETs Xu Gaobin 1,2 Chen Xing 1,2 Zhou Qi 3 Wang Peng 1,2 (1. Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province, Hefei 230009, China; 2. School of Electronic Science & Applied Physics, Hefei 230009, China; 3. School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China) Abstract: Carbon nanotube has many extraordinary electrical properties and extensive application foreground on nano electronics. With the development of nanotechnology, new process technique is generated. And the bottom-up fabri-cation process is developed based on nano technique and nano materials, then various new electron devices is constructed by using the properties of nanotubes and nanowires. Since the CNTs can act same roles in electronic circuit as Si material, and with the profound development of research of nano-ICs based on CNTs, the electronics will turn into the nanoelec-tronic era truly from the microelectronic era. In this paper, the feature of typical structure of nano electronic devices based on CNTs, CNTs field effect transistor (FET), is discussed, the characteristic of typical structure of logic-gate circuits based on CNT-FETs is represented, and the application of CNTs on flexible nano ICs is also described. Keywords: carbon nanotube; FETs; nano logic-gate circuit; flexible nano-ICs; Nano electronics 1 引 言 自1991年S. Iijima 发现碳纳米管后[1] , 由于其独特的物理、化学性质及其机械性能, 具有径向量子效应、超大比表面面积、千兆赫兹的固有振荡频率等特点[2] , 碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)引起了人们的极大关注。从结构上来说, CNTs 可以分为单 壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube, SWCNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)。SWCNT 是单层的, 其直径在1~5 nm; MWCNT 大约有50层, 内径在1.5~15 nm, 外径在2.5~30 nm 。MWCNT 由于结构上存在缺陷, 其纳结构在稳定性上不如SWCNT 结构。碳纳米管具有一些独特的电学性质[3], 可制备出金属性和半导体性

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