近物所材料研究中心科研人員多年來致力于金屬和半導(dǎo)體納米線的制備與性質(zhì)研究，在納米線光學(xué)性質(zhì)研究、納米線晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控、特殊結(jié)構(gòu)與功能的納米材料制備等方面均取得了一系列成果。
為系統(tǒng)研究單根InSb半導(dǎo)體納米線的電學(xué)性質(zhì)，科研人員把納米線轉(zhuǎn)移至SiO2/Si基底，結(jié)合電子束光刻技術(shù)制備出納米電極，利用四電極法測量InSb納米線的場效應(yīng)晶體管效應(yīng)。通過在室溫條件下對大量不同直徑納米線歸一化電導(dǎo)的測量，明確了電子在InSb半導(dǎo)體納米線中的傳輸模式為體電導(dǎo)方式，表面電導(dǎo)沒有貢獻(xiàn)。通過研究納米線的電導(dǎo)溫度特性，首次發(fā)現(xiàn)InSb納米線在200K附近出現(xiàn)金屬性質(zhì)/半導(dǎo)體性質(zhì)轉(zhuǎn)變，其主要原因是由于在較高溫區(qū)強的電子和聲子散射使得納米線表現(xiàn)為金屬性質(zhì)。通過改變InSb半導(dǎo)體納米線的背柵電壓和外加磁場，在低溫條件下均觀察到由于電子干涉而造成的普適電導(dǎo)漲落現(xiàn)象，即電導(dǎo)隨著外加電場和外加磁場的改變而發(fā)生變化。通過計算不同溫度下的平均電導(dǎo)漲落幅度，給出了電子的相關(guān)聯(lián)長度隨溫度變化曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度低于1.9K時，其相關(guān)聯(lián)長度達(dá)到100nm并趨于穩(wěn)定。
該項目推進(jìn)了一維納米材料中電子干涉效應(yīng)研究，在新一代半導(dǎo)體量子器件開發(fā)方面具有潛在應(yīng)用價值。
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”計劃和甘肅省自然科學(xué)基金支持。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Applied Physics Letters, 101, 082103 (2012)。
圖1 InSb納米線電學(xué)輸運性質(zhì)研究示意圖和掃描電鏡照片
圖2 InSb納米線電導(dǎo)溫度曲線
圖3 InSb納米線普適電導(dǎo)漲落
(a)改變背柵電壓；(b)改變外加磁場
