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纳米技术主要研究纳米尺度表征和检测、纳米材料、纳米器件与系统制造,是新一代科技革命的领军领域,涉及物理、化学、生物等诸多学科。 纳米技术的产生,推动了微电子技术的创新性发展。例如,代表性的纳米材料-碳纳米管(CNT)已被广泛的被研究应用于微纳电子器件。CNT依其手性不同而具有金属性和半导体特性,在实际应用中,需要根据CNT的电特性来构建纳米器件的组成部分。因此,发展可以在线检测CNT材料电特性的技术和构建纳米器件、系统具有重要的科学意义和应用价值。 扫描探针显微镜是一种具有广泛适应性的纳米尺度观测工具,是纳米技术发展的基础,利用扫描探针显微镜既可以获得样品形貌,也可以观测样品的力学、电学等特性。针对CNT电特性的在线检测需求,本论文以静电力显微镜(EFM)为基础,开展了CNT等纳米材料电特性的在线检测理论方法和实验技术研究,并且研究构建了一套实验检测系统。 本论文主要进行了以下几个方面的研究工作。 (1)在系统研究分析了EFM工作原理和样品电特性检测机理基础上,开展了CNT电特性检测、辨识理论方法研究,构建了以交流EFM为基础的包含信号检测、成像,扫描控制等功能的实验系统。 (2)基于CNT电特性检测、辨识理论方法,开展了不同属性CNT对交流电场作用的介电响应分析研究,构建了基于电场力观测量的电特性辨识方法。在实验系统上,系统开展了CNT电特性测试实验技术研究。实验表明,基于电场力观测量的电特性辨识方法可以有效实现单壁CNT金属性和半导体性的在线辨识,并且给出CNT样品的电特性差异分布和百分比。 (3)基于上述测试方法,研究运用栅极偏压技术,开展了ZnO,CuO等其它纳米线材料的电特性检测方法研究,实现了ZnO,CuO纳米线的N/P型半导体特性的在线检测,为纳米线材料的电特性检测分析,提供了一套完整的检测方法和实现技术。 (4)为了更好的理解纳米线内部电荷运动,以发展更广泛的微纳器件应用和设计创造新型电子器件,研究了纳米线电荷操作,并且对其进行了实验验证。在此基础上,进一步研究变形对CNT内电荷的影响,利用AFM的操作功能实现CNT变形,然后通过加电操作和EFM检测,研究电荷在CNT中的移动,与此同时研究了CNT加电与加电时间的关系。 本论文开展的基于EFM平台的纳米线电学性质的检测为EFM在纳米检测中的应用打开了新的领域,为纳米线材料的检测提供新的技术和方法,为以后应用于纳米器件、微电子器件提供了有力的检测保障。电荷操作的研究有利于进一步研究CNT的电学特性,为其应用于微电子器件提供了更多的方法手段。