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一维纳米材料(纳米管、纳米线、纳米棒等)是一类备受关注的场发射冷阴极材料,其场致电子发射特性主要受如下几个与材料直接相关的因素影响:几何结构、表面功函数以及导电特性。其中材料的电导被认为是影响其场致电子发射性能的重要因素之一。如何高效、准确地表征一维纳米冷阴极材料的电导特性是目前真空纳微电子学研究领域的一个难题,也是研究热点之一。
本学位论文开展了微电极制作工艺研究及其在一维纳米材料导电特性测量中的应用探索,目的是探讨一种能方便地对单根一维场致电子发射纳米材料的电导特性进行测量的技术方法。论文的工作主要包括两个方面:
1.使用电子束光刻技术,开展微电极制作工艺的研究,获得制作微电极的各项工艺参数。应用电子束光刻在平躺于衬底上的单根ZnO纳米线上制作微电极,并对其直流电流-电压(I-V)特性进行测量。结果表明,使用热蒸发法制备的ZnO纳米线的电阻率较大,同一批次制备的ZnO纳米线,其电阻率随着纳米线直径的减小而增加。
2.由于使用电子束光刻电极制作技术只能对平躺于基底上的纳米线进行研究,无法实现对直立的一维纳米冷阴极进行原位的电导和场发射特性表征。针对这一问题,我们提出了采用悬臂电极对直立的一维纳米冷阴极材料进行原位电导测试的新思路,研制四探针悬臂器件。使用微加工技术,成功地制作了宽度为~36 μm,间隔为~44μm的导电微悬臂梁,掌握了系列的微加工工艺条件,为后续研制适用于单根直立一维纳米冷阴极原位电导测试的纳米悬臂梁器件打下了基础。论文还探讨了应用悬臂电极实现单根直立一维纳米冷阴极导电特性测试的方案及可行性。
本论文的工作可为实现单根一维纳米材料的导电特性的测量提供参考,对优化一维纳米材料电子发射性能,促进其在真空微纳电子源上的应用具有一定的意义。