SiC和Si3N4一维纳米材料压阻特性研究

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低维纳米材料拥有优异的力学性能和低的热膨胀系数,以及更小的体积、表面效应和量子限域效应等特性,使其在光、电、声、磁等方面具有很多优异的性质,使其在构筑低噪声高灵敏的高性能纳米器件上展现非常诱人的应用前景,成为当前纳米科技研究的前沿和热点。本论文围绕高灵敏高稳定的高温压力传感器的研发,选取SiC和Si3N4材料体系为研究对象,对其单晶一维纳米材料的压阻特性和机理开展研究。采用原子力显微镜对一维纳米材料SiC和Si3N4的压阻性质进行了测量,并对测量结果进行分析讨论,给出理论分析。本论文工作主要有以下几点:  (1)利用原子力显微镜测量了单根N掺杂SiC纳米线的压阻特性。首先超声分散所制备的N掺杂SiC纳米线,利用原子力显微镜测量单根N掺杂SiC纳米线的压阻特性,并计算其压阻系数,分布在0.75~7.7×10-11 Pa-1范围内;引起N掺杂SiC纳米线的压阻性质的原因主要是施加在纳米线上的压力引起了纳米材料的表面态和能带的变化。  (2)利用原子力显微镜实现了对单根P掺杂SiC纳米线的压阻性质的测量。利用超声仪超声分散,利用原子力显微镜测量单根P掺杂SiC纳米线的压阻性质,并计算得到其压阻系数在2.9~5.7×10-11 Pa-1范围内;分析研究,认为引起P掺杂SiC纳米线的压阻性质的原因是由于压力引起了纳米材料的表面态的变化和能带改变引起的。  (3)利用原子力显微镜实现了对单根氮化硅纳米带和线的压阻性质的测量。首先超声分散所制备的纳米材料,利用原子力显微镜测量单根氮化硅纳米带和线的压阻性质,并计算得到带压阻系数在2.2~8.8×10-11 Pa-1范围内,纳米线压阻系数在1.8~7.2×10-11Pa-1范围内;分析了压力与电阻之间的关系,压力与电阻变化之间的关系,并认为引起氮化硅纳米带和线的压阻性质的原因是施加在纳米带和线上的压力引起了纳米材料的表面态的变化和压力引起纳米材料的能带的变化。  (4)用原予力显微镜探针针尖、石墨、三种厚度的氮化硅纳米带构建了金属-半导体-金属的三明治结构,经过分析,可认为其结构可视为石墨/氮化硅纳米带-探针针尖肖特基二极管,并在100nN的微小压力下对三种器件进行了电学性质的测量,并分析认为该电学性质的非线性和非整流性是由于主导该电学输运机制的是空间电荷限制电流机制,并NF隧穿有很小部分的贡献。
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