《多功能分子電子器件的設計、微納加工和套用研究》是郭雪峰為項目負責人，北京大學為依託單位的重點項目。
基本介紹
- 中文名：多功能分子電子器件的設計、微納加工和套用研究
- 外文名：Design, fabrication and application of multifunctional molecular electronic devices
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：郭雪峰
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目的研究計畫將以納米科技和分子電子學為核心，充分發揮團隊在化學、材料、器件物理和工程方面交叉的複合背景的優勢，目的在於解決納米材料和器件的結構、組裝和性能之間的密切關係的基礎性實踐與理論問題，開展一系列的基礎性和套用性的原創性研究。其研究計畫的核心思想是反應化學與刻蝕技術的融合，即將化學中存在的自由的分子設計和靈活的合成方法與目前在物理和工程方面前沿的微納加工方法有機緊密的結合在一起，來發展一種強交叉的高度集成的自上而下和自下而上相互融合的途徑。具體研究方向主要包括：1. 複合p-n納米異質結的研究；2. 生物感測器的研究；3. 快速可逆的納米開關的研究；4. 多功能複合異質結的研究；5. 以單分子層石墨為電極的分子電子器件的研究。這些都是富有挑戰性和前瞻性的強交叉前沿領域。從事這方面研究的研究生或博士後將會在有機合成、自組裝技術、器件加工和測試手段各個方面得到全面的培養。
結題摘要
本項目以納米/分子電子學中的核心研究—納米/分子器件—為研究方向，以從化學物理、模型器件實際器件為研究思路，面向新一代納米/分子器件這一主要目標，從材料器件物理本質理論模型來開展工作。項目的研究工作按計畫進行，未作重要變動。2009-2012年間的研究探索集中在納米材料的控制生長、納米材料的性質和器件功能的構築，積極推動面向未來器件研發的探索性研究課題。主要研究內容概括如下： 1, 單壁碳納米管基CMOS器件的材料與技術基礎：提出了“碳納米管軸向能帶工程”的概念，即利用各種物理和化學方法, 對單壁碳納米管的局域能帶結構進行分子工程學設計, 以期實現沿碳納米管軸向大量構建各種單元器件的目的；研究了碳納米管交叉結構中的徑向形變對輸運性質的影響；開展了水在碳納米管內的納流體流動特性研究；研究了單壁碳納米管垂直陣列的化學組裝及其性質；開展了碳納米管電極合成電荷轉移複合物納米線的研究；發展了單壁碳納米管的光催化剪裁與圖形化方法。 2, 石墨烯的表面控制生長、化學修飾與光催化剪紙電子學：發展了石墨烯的偏析生長方法，發展了氮摻雜石墨烯偏析生長方法，發展了雙層石墨烯的化學氣相沉積外延生長方法，利用高分辨STM研究了石墨烯的生長機制，提出了“光化學能帶工程”的概念，建立了石墨烯的光氯化加成方法和光催化剪紙技術，利用活性自由基實現了碳-碳鍵的修飾、剪裁和能帶調控。 3, 功能複合納米/分子電子器件的設計和構築：系統深入研究了單/三金屬配位的DNA分子的導電性，證實了通過結構改變能夠提高DNA導電性的理論預測；結合微流控技術，實現直接的、高靈敏的、高選擇性的蛋白質線上檢測；發展了一種製備鋸齒形石墨烯點電極陣列的普適方法，提高了分子電子器件的製備成功率，並通過光、質子和離子等手段實現了對器件導電性的可逆調控。 4, 刺激回響的功能納米有機場效應電晶體：利用單壁碳納米管作為分子點電極，構築了液晶分子HBC的超小分子電晶體，探索了材料在分子尺寸上自組裝納米結構的本徵光電行為；發展了製備石墨烯基的二維平面電極的普適性方法，製備了光回響的薄膜或單分子層有機場效應電晶體器件；利用有機無機半導體材料的特異性質和能帶優勢，重點發展了一些列的光回響的納米器件，在同一器件上實現了具有鏡像對稱關係的光開關效應；發展了若干具有特殊界面的場效應電晶體，研究了由界面效應引起的本徵光電回響規律。
