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本论文工作利用微加工的方法将高定向热解石墨(HOPG)裁剪成纳米尺度的石墨器件,一方面对它们的电子输运性质做了详细研究,另一方面,尝试用激光加热和粒子轰击等方法使纳米石墨层卷曲成碳纳米管。
论文分为五章。第一章为绪论,扼要介绍了工作的原理和动机。由于生长具有特定手性和直径的碳纳米管是进一步发展碳纳米管电子学的一个难题,同时,由于纳米尺度的石墨片具有和碳纳米管相同的电子能带结构,所以我们考虑用人工定向切割的纳米石墨片来替代碳纳米管作为纳米电子学器件的基本单元,并希望卷曲人工定向切割的纳米石墨片,制备手性和直径可以控制的碳纳米管。
在第二章中,利用微加工的方法制备了纳米尺度的石墨器件。尝试并比较了四种不同制备方法的优劣。利用微加工的方法,可以将高定向热解石墨裁剪成尺寸在几十纳米,高度从几十纳米到几百纳米的图型。并用SEM,AFM,微针尖拨动等技术对石墨图型的形貌和机械性质做了细致的研究。
第三章介绍了关于这种石墨器件的电子输运性质的研究。首先,用微针尖将石墨纳米图型剥离成薄层,转移到有SiO2绝缘膜的Si片上,然后用标准的电子束曝光和liftoff方法做上电极。然后,在低温下(<4K),用隧道效应测量证明了纳米石墨片中的电子能带结构确实已经按设计要求分裂成了所要的子能带结构,显示出金属或者半导体行为。同时摸索了不同电极接触对于测量结果的影响,在一定的接触情况下可以得到隧道谱,从而得到样品内部电子能带的信息。
在第四章中,分别尝试用离子轰击,激光加热,电子束退火等方法将石墨纳米片卷曲密合成碳纳米管。利用离子轰击,可以将石墨的边缘卷曲。利用高能量的激光加热石墨片,则可以得到不同卷曲程度,甚至被融化的石墨片。同时,用电子束可以将卷曲后石墨边缘密合。然后用SEM,EDX和TEM对得到的结果进行了表征。
第五章为工作总结和展望。