导电单壁碳纳米管(s-SWCNTs)是超越摩尔定律、发展下一代电子设备最有前途的材料之一。尽管已经开发出许多方法,但降低s-SWCNTs网络的接触电阻仍然是进一步提高电子性能的重大挑战。在这项研究中,
锑碘化物(SbI3)在低温下被有效地封装在高纯度s-SWCNTs薄膜内,形成了一维SbI3@s-SWCNTs范德华异质结构。
通过敏感的介电力显微镜表征了单个SbI3@s-SWCNTs的半导体-金属转变,结果通过电子器件测试得到确认。电学行为转变归因于层间电荷转移,这一点通过Kelvin探针力显微镜得到证明。此外,s-SWCNTs薄膜晶体管的电学性能在使用SbI3@s-SWCNTs网络作为接触电极时显著提高。这一过程降低了s-SWCNTs通道与电极之间的接触电阻,增强了电学性能。具体来说,
接触电阻降低到原来的三分之一,载流子迁移率提高了约10倍,开关比超过10^6,亚阈值摆动显著降低至约65毫伏/十进制。
这些结果证明了在接触区域通过内掺杂诱导的s-SWCNTs金属化的有效性,这对于推进碳纳米管电子器件和电路的发展至关重要。
合成SbI3@s-SWCNTs(锑碘化物填充单壁碳纳米管)异质结构:
- 使用电弧放电法制备的单壁碳纳米管(SWCNTs)和聚[9-(1-辛酰基)-9H-咔唑-2,7-二基](PCz)通过超声处理后离心分离,收集上清液并过滤,然后重新分散在甲苯/氯仿混合溶剂中。
- 将清洁的硅基底(带有15纳米SiO2绝缘层)浸入上述分散液中,沉积s-SWCNTs网络。
- 将s-SWCNTs薄膜和SbI3粉末密封在石英安瓿中,在真空条件下(10^-6 mbar)加热至180°C(SbI3的升华点以上)处理6小时,以实现SbI3分子链在s-SWCNTs内部的填充。
1. 新型异质结构的构建:
- 通过在单壁碳纳米管(s-SWCNTs)内部封装锑碘化物(SbI3)分子链,形成了一维SbI3@s-SWCNTs范德华异质结构。这种结构是通过在低温下(低于180°C)将SbI3分子链高效地封装在高纯度s-SWCNTs薄膜内部实现的。
2. 半导体-金属转变:
- 该研究首次报道了通过内掺杂引起的s-SWCNTs在接触区域的半导体-金属转变。这种转变是通过敏感的介电力显微镜(DFM)和电学器件测试来表征的,为碳纳米管电子器件的性能提升提供了新的途径。
3. 电学性能的显著提升:
- 利用SbI3@s-SWCNTs网络作为接触电极,s-SWCNTs薄膜晶体管(TFTs)的电学性能得到了显著提升。具体表现在接触电阻降低到原来的三分之一,载流子迁移率提高了约10倍,开关比超过了10^6,亚阈值摆动显著降低至约65 mV dec−1。
4. 内掺杂诱导的金属化: