前言

 

材料性質(zhì)的研究是當(dāng)代材料科學(xué)的重要一環(huán)，所謂材料的性質(zhì)是指對(duì)材料功能特性和效用的定量度量和描述，即材料對(duì)電、磁、光、熱、機(jī)械載荷的反應(yīng)。源表SMU 在當(dāng)代材料科學(xué)研究中，起到舉足輕重的作用，選擇適合某類(lèi)材料電性能測(cè)試的SMU，如何降低測(cè)試誤差，測(cè)試中應(yīng)當(dāng)注意什么，這些問(wèn)題都需要重點(diǎn)關(guān)注。泰克吉時(shí)利的品牌在全球許多學(xué)科工程師和科學(xué)家中享有盛譽(yù)，其高精度源表（SMU）、萬(wàn)用表、精密電源、微小信號(hào)測(cè)試以及數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，同泰克公司原有的產(chǎn)品線一同為當(dāng)代材料科學(xué)研究提供多種測(cè)試方案。

 

【當(dāng)代材料電學(xué)測(cè)試課堂】系列涉及當(dāng)代材料科學(xué)尖端的電運(yùn)輸及量子材料/超導(dǎo)材料測(cè)試、一維/碳納米管材料測(cè)試、二維材料及石墨烯測(cè)試及納米材料的應(yīng)用測(cè)試。今天跟您分享第一篇，【當(dāng)代材料電學(xué)測(cè)試課堂】系列之一： 納米測(cè)試（上）。

 

納米材料指的是三維空間尺度至少有一維處于納米量級(jí)(1-100nm)的材料，是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。納米材料可以按照多種尺度進(jìn)行分類(lèi)，按結(jié)構(gòu)可以分為：零維材料 – 量子點(diǎn)，納米粉末，納米顆粒；一維材料 – 納米線或碳納米管；二維材料 – 納米薄膜，石墨烯；三維測(cè)量 -  納米固體材料。按組成可以分為：金屬納米材料，半導(dǎo)體納米材料，有機(jī)高分子納米材料，復(fù)合納米材料。下圖是將納米材料按其物理性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)并列出納米材料應(yīng)用的示意圖，由此可見(jiàn)，納米材料已經(jīng)在多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

 

納米材料的特性與電子器件

 

由于納米材料的某一維或多維尺寸為納米量級(jí)，使得其具有許多異于宏尺寸材料的特性。納米材料的基本特性包括：表面與界面效應(yīng)，如熔點(diǎn)降低比熱增大；小尺寸效應(yīng)，如導(dǎo)體變得不能導(dǎo)電；絕緣體卻開(kāi)始導(dǎo)電以及超硬特性；量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。納米材料的理化性能為：高強(qiáng)度、高韌性；高比熱和熱膨脹系數(shù)；異常電導(dǎo)率和擴(kuò)散率；高磁化率。

 

基于以上特性，納米材料被廣泛用于制作納米電子器件。納米電子器件指的是利用納米級(jí)加工和制備技術(shù)，設(shè)計(jì)制備而成的具有納米級(jí)尺度和特定功能的電子器件。納米電子器件包括納米CMOS 器件，如絕緣層上硅MOSFET、硅一鍺異質(zhì)MOSFET、低溫MOSFET、雙極MOSFE T、本征硅溝道隧道型MOSFET等；量子效應(yīng)器件；量子干涉器件、量子點(diǎn)器件；諧振隧道器件如橫向諧振遂道器件、諧振隧道晶體管, 諧振隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管( RTEET)、雙極量子諧振隧道晶體管、諧振隧道熱電子晶體管等；縱向諧振隧道器件如隧道勢(shì)壘調(diào)制晶體管等；單電子器件如單電子箱、電容禍合和電阻禍合單電子晶體管、單電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)晶體管、單電子結(jié)陣列、單電子泵浦、單電子陷阱和單電子旋轉(zhuǎn)門(mén)等；單原子器件和單分子器件如單電子開(kāi)關(guān)、單原子點(diǎn)接觸器件、單分子開(kāi)關(guān)、分子線、量子效應(yīng)分子電子器件、電化學(xué)分子電子器件等。

 

納米材料電學(xué)性能測(cè)試

 

納米材料的表征包括成分分析，顆粒分析，結(jié)構(gòu)分析，性能分析，分析方法以電鏡分析為主，特別是掃描隧道電鏡（SMT)，在導(dǎo)體和半導(dǎo)體納米材料分析上具有優(yōu)勢(shì)。

 

納米材料的電學(xué)性能測(cè)試是對(duì)其態(tài)密度（Density of State）進(jìn)行分析。所謂態(tài)密度指的是單位能量范圍內(nèi)所允許的電子數(shù)，也就是說(shuō)電子在某一能量范圍的分布情況。態(tài)密度是微觀量，適合解釋納米粒子尺寸變化引起的特性。