非硅基材料納米電子器件研究取得進展

電子元器件的多功能化是應用電子技術發展的重要趨勢，因而非硅基材料越來越受到研究人員的關注。2016年，中國科學院國家納米科學中心鄢勇課題組與韓國蔚山科技大學教授Bartosz Grzybowski等人合作，採用金屬納米顆粒構建了雙層結構的二極體、電阻等電子元器件，並與各種金納米顆粒構建的感測器件集成，實現了環境信號的採集、處理和報告，相關成果以封面文章的形式發表在《自然-納米技術》（Nature Nanotech., 2016, 11, 603-608）上。其中，最重要的二極體的設計受到了傳統半導體pn結的啟發，將兩層帶有相反電荷的金納米顆粒薄膜面對面接觸，可遷移的對離子在熵驅動下由於濃度梯度相互擴散，從而在界面處建立內建電場，調控電子的不對稱輸運。

最近，鄢勇課題組將類似的設計理念推廣到無能隙的石墨烯材料中，採用帶相反電荷的氧化石墨烯作為活性層，高導電率的單壁碳納米管作為電極，實現了全碳材料pn二極體的構築。該二極體具有一定的透光性，可以集成實現邏輯輸出，並且可以製備在柔性基底上等優點，相關成果以All carbon materials pn diode為題發表在《自然-通訊》（Nature Commun., 2018, 9, 3750）上。另外，通過器件結構的創新，實現了單種帶電金屬納米顆粒二極體的構建。即採用碳納米管/石墨烯複合薄膜與金薄膜作為不對稱電極對，帶電金納米顆粒作為活性層，利用兩個電極特徵電容值的差別，創造偏壓下的不對稱電荷分布，從而實現整流效應。同時，該課題組將其集成到礦石收音機的檢波電路中，基於自製的發射、傳送裝置，實現了音頻信號的解調。相關成果將以Switchable counterion gradients around charged metallic nanoparticles enable reception of radio waves為題發表在《科學進展》（Science Advances，2018, 4, eaau3546）上。這些工作為新型電子器件的設計、開發以及電子器件的多功能化提供了一些思路，也豐富了電子器件材料的可選性。

國家納米中心在非硅基材料納米電子器件研究中取得進展

來源：中國科學院國家納米科學中心

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