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本论文利用纳米材料构建了包括晶体管、传感器和显示器的微纳器件,研究了其基本特性。这些微纳器件是系统集成的最基本和最重要的单元。本论文工作旨在利用微电子技术和纳米技术构造这些器件单元,研究它们的基本性能并优化其器件参数,以期能实现稳定的多功能芯片并构建从信息摄取到信息再现的集成系统。信息的摄取需要快速高灵敏的传感器,信息的再现需要高品质的显示器,而晶体管则是电路中最基本的器件单元。具体内容如下:
采用了传统的半导体工艺并结合纳米技术,用组装及原位制备的方法分别制备出了单根ZnO纳米线晶体管和SnO2纳米带薄膜晶体管,测量了ZnO、SnO2、CdS纳米线/纳米带的基本电学特性曲线并研究了环境包括光照对它们的影响。实验结果表明,ZnO纳米线/SnO2纳米带晶体管可用作室温的气体传感器和紫外探测器,CdS纳米带是理想的光敏材料,可用于制备快速响应的光电开关和光探测器。
用四角状ZnO纳米材料制备出了性能较好、工作电阻较低,适合工业自动控制的气体传感器。该传感器在400℃时电阻小于125kΩ,对200ppm乙醇的灵敏度为45,响应时间小于2s。用四角状ZnO纳米材料制备的传感器不易团聚,连续工作三个月也未见团聚现象,器件的性能稳定。
还研究了四角状ZnO纳米材料的场发射性能,制备出了可静态显示的2inch和10inch的场发射平板显示器。四角状ZnO纳米材料的场发射性能非常稳定,在恒压下测量的三天时间内,其电流的涨落不超过2%,此时的电流密度为18mA/cm2左右。场发射的实验结果可以用F-N理论解释。用高纯度、无杂质吸附的四角状ZnO纳米材料制备出了可静态显示的场发射平板显示器,所显示的文字图像有高亮度、高均匀性和高稳定性的特点。