范霍夫奇点和温度相关电学特性研究:肖特基势垒碳纳米管场效应晶体管

内容简介

通常认为在传统的单壁碳纳米管 (SWNT) 晶体管中栅极电压会改变 SWNT 的导电性能,然而,近年来越来越多的研究证实界面处的肖特基势垒在电输运特性方面起到关键作用。范霍夫奇点(VHS)泛指固体声子/电子密度态的奇点。当费米能级接近VHS时会产生不稳定性,从而诱发一系列具有理想性质的物质相。VHS在特定材料能带结构中的位置是固定的,因此可通过改变费米能级来实现对材料性能的调控。

国家纳米科学中心孙连峰和褚卫国等人研究表明,可通过施加栅极电压的方法改变悬空的SWNT肖特基势垒晶体管的载流密度,从而促使能级接近VHS,在正负栅极电压区域内可观察到临界鞍点。而当栅极电压超过临界值时,电导率趋于平缓。进一步研究发现,这种肖特基势垒晶体管的电输运特性具有温度相关性。

图文导读

▶ 图1 a)  电子能带结构图(左)和半导体 SWNT(单壁碳纳米管)的 DOS(态密度)图(右)。四个尖的 VHSs (VHS1+, VHS1−, VHS2+, VHS2−)(范霍夫奇点)出现在每个亚能带的开始。b)背栅SWNT晶体管的典型SEM图。SWNT是悬浮态的,沟道长度大约为1 μm。c) 悬浮SWNT晶体管示意图。悬浮SWNT高度和绝缘层的厚度 (SiO2) 分别为500和800 nm。

▶ 图2  在不同温度下,悬浮SWNT晶体管的微分电导作为背栅电压的函数。黑色箭头指示背栅电压的扫描方向。在温度低于100 K时,两个临界鞍点分别出现在背栅电压 -37.4和38.0 V。两条垂直虚线对应于次能带的起始点。

▶ 图3 在VG=-40 V(黑)和+40 V(红)下漏极电导(G)作为温度的函数。

▶ 图4 在不同温度和背栅电压沿SWNT长度的能带示意图。a,b)在低温(T<50K)下,双极性SWNT器件在 V≫0(强电子注入)和V≪ 0(强空穴注入)下的能带。c, d)在高温(T>100 K)下,p型SWNT器件在 V≫ 0和VG ≪ 0下的能带。

文章信息

文章发表于 Nano-Micro Letters 期刊 2018 年第 10 卷第 2 期,详情请阅读全文,可免费下载。本文在期刊微信 (nanomicroletters)、微博 (纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等媒体推出,请多关注。以往微信推文可参看网站(http://nmsci.cn)

文章题目:Observationof Van Hove Singularities and Temperature Dependence of Electrical Characteristics in Suspended Carbon Nanotube Schottky Barrier Transistors

引用信息:Zhang, J., Liu,S., Nshimiyimana, J.P. et al. Nano-Micro Lett. (2018)10: 25.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0171-3

关键词:碳纳米管,范霍夫奇点,肖特基势垒晶体管

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通讯作者简介


个人简历
孙连峰,国家纳米科学中心“百人计划”研究员,博士生导师。中科院物理所获博士学位,新加坡国立大学物理系博士后,曾在英国剑桥大学做研究工作,2004年进入国家纳米科学中心工作。在Nature, Nano Lett., Adv.Mater., App. Phys. Lett.等期刊发表SCI 论文近50篇,他引超过600 次。研究工作曾被评为国内基础研究十大进展,被国内外多家媒体报道。曾获中国科学院院长特别奖,国家自然科学二等奖,中国科学院自然科学一等奖各一次。

主要研究领域

1.    一维纳米材料(碳纳米管、硅线等)以及异质结的制备、结构以及由其构建的电输运器件研究;

2.    纳米金属电级对的制备,量子点、单分子器件的研究;

3.    纳米器件中的尺寸效应、量子效应研究;石墨烯的可控制备以及性能研究。

 主页链接

http://sourcedb.cas.cn/sourcedb_nanoctr_cas/zw/zxrck/200911/t20091125_2675215.html

个人简历

褚卫国,国家纳米科学中心研究员,博士生导师。哈尔滨工业大学获博士学位,中科院物理所博士后,日本东京大学Research associate/东京理科大学Research fellow。曾从事的主要工作:各种结构和功能材料的合成、相变、晶体结构及其与性能关系的研究、磁性金属/半导体薄膜的原子结构的X射线光电子衍射研究等。目前主要研究方向为能源纳米材料及相关器件研究。发表SCI论文50余篇。曾获得获得中科院“优秀博士后”,北京市科技进步一等奖等。

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