納米線雙電層電晶體及其氣體感測套用研究

《納米線雙電層電晶體及其氣體感測套用研究》是依託南京大學，由豐平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米線雙電層電晶體及其氣體感測套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：豐平
• 依託單位：南京大學

項目摘要

雙電層靜電調控能有效調節半導體中的載流子濃度，從而觀察到新的物理/化學現象。同時，半導體納米線具有比表面積大的特點，其電學性質對表面吸附/脫附很敏感。本項目基於雙電層靜電調控研究納米線電晶體的感測特性，利用SiO2電解質離子柵介質電容大和能實現側向耦合等特點，研究大電容和多柵極調控下ZnO和SnO2納米線的氣體感測性能。首先，我們擬用微加工工藝製備納米線雙電層電晶體，研究雙電層大電容調控下其工作電流、閾值電壓和亞閾值擺幅等隨氣體濃度變化的規律。其次，我們將研製具有多個柵電極的納米線電晶體感測器，利用這些柵極對納米線進行調控時的權重不同，用模式識別等方法研究多柵極調控下納米線的感測性能。本項目的開展對促進納米線雙電層電晶體在超敏感探測等方面的套用具有重要價值。

結題摘要

隨著人們對生活和工作環境的安全性和要求越來越高，感測器的套用越來越廣泛。在物聯網等各種使用中，對感測器的要求是微型化、靈敏度高、選擇性好、成本低、功耗低等。納米材料比表面積大，其電學性質對表面吸附很敏感，環境因素改變時會迅速引起其表面、界面離子、電子輸運情況的變化。在提高感測器靈敏度，使元件微型化和提高集成度等方面，納米線電晶體具有重要套用前景。本項目利用雙電層靜電調控研究納米線電晶體的感測特性，在電場作用下納米線與離子柵介質界面處產生Helmholtz雙電層，從而使得離子電解質材料如離子液、離子膠等，電容可以達到1μF/cm2以上，用它們作為柵介質材料可製備雙電層電晶體。利用雙電層效應可有效調控溝道中的載流子，降低工作電壓並導致一些新現象出現。引入雙電層靜電調控，可實現大電容調製和多側柵耦合等，提升納米線電晶體的感測性能。本項目我們研究了幾種雙電層材料的特性並製備了單臂碳納米管電晶體和平面微晶矽納米線電晶體等。我們研製了由氧化石墨烯和殼聚糖複合材料構成的複合離子柵介質，發現這種複合柵介質材料具有電容大，穩定性好的特點。利用這種柵介質我們製備了雙電層電晶體，研究了器件的多柵極工作特性和兩端工作特徵。在多柵極調控模式下，每個柵電極都可以通過雙電層離子柵介質，對電晶體的溝道進行調控，這些柵電極對電晶體的溝道進行調製的權重不同，它們之間存在耦合，由此我們獲得了一些獨特的電學工作特性。我們用噴墨列印的方法製備了單臂碳納米管雙電層電晶體，並研究了電晶體的工作特性和潛在套用。我們研究了器件的多柵工作特性，特別是濾波等感測特性。我們研究一種控制納米線在襯底的平面內進行生長的方法，並製備了性能優異的由納米線薄膜構成溝道的電晶體器件。我們研究了電晶體的電學和感測特性，器件的工作性能優越。我們的研究表明，將納米技術和雙電層離子柵材料結合起來套用於感測器研究，在提高靈敏度，使元件微型化和提高集成度等方面具有獨特優勢。