论文部分内容阅读
单壁碳纳米管是一种性能优良的准一维材料,根据结构不同,其导电特性可表现为半导体型或金属型。在纳米电子学器件应用中,单根半导体型碳纳米管作沟道的场效应晶体管能够同时获得较高的开态电流和较大的开关电流比；金属型碳纳米管由于会破坏器件的开关性能而被视为缺陷。基于单壁碳纳米管随机网络结构的场效应晶体管,由于受到金属型和半导体型碳纳米管在统计上的共同作用,能够将金属型碳纳米管对器件性能的不利影响降至最低,因而具备相当好的开关特性。与此同时,碳纳米管网络的溶液制备工艺与喷墨打印技术相兼容,有利于在柔性衬底上制备各种电子器件和电路。单壁碳纳米管的网络结构场效应晶体管因此成为目前低成本、大面积电子逻辑器件领域的一大研究热点。本文首先从碳纳米管溶液的制备工艺开始,研究表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对碳纳米管在其水溶液中的分散性,实验结果表明：1%的SDBS浓度、30分钟超声时间、16000 RPM离心转速和3小时离心时间为最合适的分散参数。在此基础上使用滴涂法在钛/钯双层结构的源漏电极之间形成背栅结构场效应晶体管；利用原子力显微镜、半导体参数分析仪和拉曼光谱等表征手段,探索碳纳米管网络晶体管的各项性能参数。着重研究了器件工作中特有的电流回滞现象,其物理根源为碳纳米管周围的陷阱在栅压作用下对电子的捕获和释放；并提出利用脉冲测试方法减小电流回滞现象,同时发现被捕获电子的释放表现为沟道电流快和慢两个指数衰减过程。最后,将单壁碳纳米管与有机半导体聚合物聚3-已基噻吩(P3HT)进行混合。光谱分析表明：带有噻吩环结构的P3HT对碳纳米管具有分散作用,而碳纳米管提高了P3HT分子的共轭长度,从而改善了电子在其中的迁移率。将混合溶液通过旋涂法制备成场效应晶体管,获得性能较高的有机薄膜器件,器件的开关电流比维持在102量级以上。