基于纳米切削法的Ag/Ag-TCNQ异质纳米线制备工艺研究

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金属/半导体异质结因其独特的界面接触特性在纳电子器件领域得到了广泛关注。Ag纳米线作为一种过渡金属材料可与7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷(7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane,TCNQ)形成具备半导体性质的有机电荷转移配合物Ag-TCNQ,故而可借助Ag与Ag-TCNQ构建金属/半导体异质结,获取具有新颖电学性质的Ag/Ag-TCNQ异质纳米线。该纳米线制备的核心在于Ag-TCNQ的制备与异质结的集成。通过传统方法制备的Ag-TCNQ纳米线尺寸不一、提纯困难,而纳米切削法却可获得尺寸均匀、可转移至任意基底、无需复杂纳米操控手段的单根纳米线。基于上述原因,本课题将纳米切削法与溶液反应法相结合,制备出质量优良的Ag/Ag-TCNQ纳米线,并对其进行了电学性能测试。首先,研究了通过纳米切削法制备Ag纳米线基体的工艺参数。分析对比了多种薄膜沉积方式的优劣,选取磁控溅射方法用于Ag膜沉积并就其表面质量与溅射功率和薄膜厚度的关系进行实验探索。在确定了恰当的薄膜沉积及转印工艺后,又探究了切削进给量、切削方向、切削速度等纳米切削参数对Ag纳米线截面尺寸与表面质量的影响,而后总结了纳米切削制备Ag纳米线过程中常见的缺陷。其次,对Ag纳米线进行了基于溶液反应法的改性处理。通过优选溶液反应方式及优化溶液反应参数(包括Ag纳米线基体几何尺寸、溶液浓度、液滴体积、反应时间、新旧溶液等)成功制得了具有良好连续性的Ag-TCNQ纳米线。考虑到溶液反应的不完全进行,从实验的角度证明了该纳米线实质上为Ag/Ag-TCNQ异质纳米线。最后,借助光刻等方法搭建了纳米线两端器件并测试了其电学性能。针对Ag纳米线,探究了其电阻率、失效电压、失效电流和失效电流密度与线宽及线高的关系,讨论了导致其电学失效的主要因素。对于Ag/Ag-TCNQ纳米线,着重分析了其与Ag纳米线电学性能的差异并讨论了该差异的来源。为改善Ag/Ag-TCNQ纳米线稳定性较差、响应电流较弱的缺陷,转变了制备思路,而后设计了剥离工艺和铜网搭接两种方式验证了改进思路的可行性与思路改进后制得的纳米线的优越性。本课题的研究工作拓展了Ag基微电子功能器件的制备渠道,为推动Ag纳米线、Ag-TCNQ纳米线和Ag/Ag-TCNQ异质纳米线的工程应用打下了坚实基础。
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