纳米半导体材料     DATE: 2020-01-25 18:28

  纳米半导体材料_材料科学_工程科技_专业资料。纳米半导体材料与器件知识总结

  1. 纳米材料?纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒,一般是 指尺寸在1~100 nm间的粒子。 2. 纳米技术(Nanotechnology,简称Nanotech)是一门以现代科技为基础的前沿科学技术,是现 代科学(量子力学、分子生物学等)和现代技术(微电子技术、计算机技术、高分辨显微术、核分 析术等)相结合的产物,它在1~100nm的尺度bt365体育在线投注利用原子、分子现象及其结构信息 3. 激子(exciton) :描述了一对电子与空穴由静电库仑作用相互吸引而构成的束缚态,它可被看作 是存在于绝缘体,半导体和某些液体中呈电中性的准粒子; 4. 量子点(Quantum Dot) :是在把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体 纳米结构。 单电子晶体管将一个微结构用隧道结与金属导线弱连结起来形成的电子器件, 它利用单 电子隧道效应。其中阴影线部分代表连接库仑岛与金属导线.基本元件:量子位(qubit)-“0”和“1”的状态同时实现的元件。Orion”基于一块硅芯片,包含16 个量子位(qubit),可以同时表示0和1两个二元位(电子计算里不是0就是1),而每一个量子位都能模 拟其他量子位的值,从而提高计算能力。 5.量子计算机的优点:(1) 计算速度快:计算速度可提高10亿倍,1个400位长的数分解成质数乘积, 采用巨型机需10亿年,用量子计算机只要一年;(2) 量子位储存能力大大提高;(3) 可完成一些传 统计算机无法完成的计算。高效率模拟、模拟量子系统, 40个自旋1/2粒子体系;低能耗:量子计 算机计算是么正变换,是可逆的。 6.量子计算机存在的问题(1) 受环境影响大,纠错复杂;(2) 消相干效应:量子信号与外部环境发 生相互作用,导致量子相关性的衰减,使相干性很难维持;(3) 克服消相干效应是量子计算机要克 服的主要困难;(4) 消相干还会导致运算结果出错,如何进行量子纠错是量子计算机要克服的另一 困难。 7.【 碳纳米管】CNT是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持 固定的距离,约0.34nm,直径可达1 nm。CNT 优势:? 载流子迁移率~ 100,000 cm2/Vs? 杨氏模量超 过1 Tera Pascal, 跟钻石硬度差不多;3. 抗胀强度可以呈现金属性或半导体性,这取决 与chirality.碳纳米管具有良好的导电性能,理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当 CNTs的管径大于6nm时,导电性能下降;当管径小于6nm时,CNTs可以被看成具有良好导电性能 的一维量子导线。石墨烯即为“单层石墨片” ,是构成石墨的基本结构单元;而碳纳米管是由石墨 烯卷曲而成的圆筒结构; 从性能上来看, 石墨烯具有可与碳纳米管相媲美或更优异的特性碳纳米管 是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管, 其中石墨层可以因卷曲方式不同而具 有手性。碳纳米管的直径一般为几纳米至几十纳米,长度为几至几十微米。碳纳米管可以因直径或 手性的不同而呈现很好的金属导电性或半导体性。 8.【碳纳米管的特性及应用】 :1. 独特的电学性能:尖端放电,场电子发射性,平面显示器2. 优异 的力学性能:强度是钢的100倍,密度是钢的六分子一,增强材料,STM和AFM的针尖3. 良好的化 学稳定性:500毫克单壁碳纳米管室温储氢4.2%,78.3%的储存氢在常温常压下可释放,加热完全 释放,可重复利用,储氢材料 9.【压电效应】是由材料中的力学形变而导致的电荷极化的效应,它是实现力电耦合和传感的重要 物理过程。 世界上最小的发电装置—纳米发电机纳米发电机发电效率可达到30%ZnO同时具有半导 体和压电性能,当用导电AFM针尖去弯曲ZnO纳米线时,输入机械能,可以使纳米线压缩和拉伸 并在内外表面产生极化电荷。而ZnO的半导体特性可通过半导体-金属的肖特基势垒将电能暂时储 存在纳米线内,然后用导电AFM探针接通这一电源,并向外界输电,从而实现纳米尺度的发电功 10.【纳米效应】1.表面效应2.小尺寸效应3.量子尺寸效应4.宏观量子隧道效应 11.【表面效应】表面效应是指纳米超微粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减 小而大幅度地增加,粒子的表面能及表面张力也随着增加,从而引起纳米粒子性能的变化。 纳 米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同,存在许多悬空键,并具有不饱和 性,因而极易与其他原子相结合而趋于稳定 ,所以,具有很高的化学活性利用这一特性可制得具有高 催化活性和产物选择性的催化剂。 12.【纳米颗粒的表面效应—活性】超微颗粒的表面具有很高的活性,在空气中金属颗粒会迅速氧 化而燃烧。如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒,一遇到空气就会产生激烈的燃烧,发生爆炸。 如要防止自燃,可采用表面包覆或控制氧化速度,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层,确 保表面稳定化。 用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力, 可以用作新型火箭的固 体燃料,也可用作烈性炸药。 13.【小尺寸效应】随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变 小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。 14.对超微颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质。 (1) 特殊的光学性质(2) 特殊的热学性质(3) 特殊的磁学性质(4) 特殊的力学性质超微颗 粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。 15.小尺寸效应特殊的光学性质—颜色 特殊的光学性质:当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时, 即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上,所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。尺寸越 小, 颜色越黑, 银白色的铂变成铂黑。 由此可见, 金属超微颗粒对光的反射率很低, 通常可低于1%, 大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料,可以高 效率地将太阳能转变为热能、电能。也有可能应用于红外敏感原件、红外隐身技术等。 16.【超微纳米颗粒的不稳定性】超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的。若用高倍率电 子显微镜对金超微颗粒(直径2nm)进行观察,发现这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会 自动形成各种形状(如立方八面体,十面体、二十面体等) ,它既不同于一般固体,有不同于液体, 是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下,表面原子仿佛进入了沸腾状态,尺寸大于10nm后 才看不到这种颗粒结构的不稳定性。 17.【纳米微粒的熔点降低】纳米微粒的熔点比常规粉体低得多。由于颗粒小,纳米微粒的表面能 高,表面原子数多,这些原子近邻配位不全,纳米微粒间是一种非共价相互作用,活性大,纳米粒 子熔化时所增加的内能小得多,这就使得纳米微粒的熔点急剧下降。 18.【量子尺寸效应】微粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立 能级,吸收光谱向短波方向移动,这种现象称为量子尺寸效应。 19.【宏观量子隧道效应】隧道效应是基本的量子现象之一,即当微观粒子的总能量小于势垒高度 时,该粒子仍能穿越这一势垒。近年来,人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量及电荷也具有隧道效应, 他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化, 故称之为宏观量子 隧道效应。 20.【纳米材料的制备技术】实际上,一方面纳米加工技术是纳米科学的重要基础,另一方面纳米 加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。 在纳米世界内, 所有的加工都必须在原 子尺寸的层面上考虑一、 【物理方法】1真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化 或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。2物理 粉碎法通过机械粉碎、 电火花爆炸等方法得到纳米粒子。 其特点操作简单、 成本低, 但产品纯度低, 颗粒分布不均匀。3机械球磨法采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳 米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。二、 【化学方法】1 .化学沉 淀法a) 共沉淀法b) 均匀沉淀法c) 多元醇沉淀法d) 沉淀转化法2. 化学还原法a) 水溶液还原法b) 多元醇还原法c) 气相还原法d) 碳热还原法3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法广泛应用于金属氧化物纳 米粒子的制备。前驱物用金属醇盐或非醇盐均可。方法实质是前驱物在一定条件下水解成溶胶,再 制成凝胶,经干燥纳米材料热处理后制得所需纳米粒子。溶胶-凝胶法可以大大降低合成温度。用 无机盐作原料,价格相对便宜。4.水热法水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中,采用水作 为反应介质,使得通常难溶或不溶的物质溶解,反应还可进行重结晶。 21.【水热技术具有两个特点】 ,一是其相对低的温度,二是在封闭容器中进行,避免了组分挥发。 水热条件下粉体的制备有水热结晶法、水热合成法、水热分解法、水热脱水法、水热氧化法、水热 还原法等。近年来还发展出电化学热法以及微波水热合成法。前者将水热法与电场相结合,而后者 用微波加热水热反应体系。与一般湿化学法相比较,水热法可直接得到分散且结晶良好的粉体,不 需作高温灼烧处理,避免了可能形成的粉体硬团聚。 22.5【溶剂热合成法用有机溶剂代替水作介质】 ,采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水溶 剂代替水,不仅扩大了水热技术的应用范围,而且能够实现通常条件下无法实现的反应,包括制备 具有亚稳态结构的材料。苯由于其稳定的共轭结构,是溶剂热合成的优良溶剂,最近成功地发展成 苯热合成技术, 溶剂加压热合成技术可以在相对低的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制 得的、在超高压下才能存在的亚稳相。 23.【.微乳液法微乳液】通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合 物)组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。微乳液中,微小的“水池”为表面活性剂和助表面 活性剂所构成的单分子层包围成的微乳颗粒, 其大小在几至几十个纳米间, 这些微小的“水池”彼此 分离,就是“微反应器”。它拥有很大的界面,有利于化学反应。这显然是制备纳米材料的又一有效 技术。与其它化学法相比,微乳法 24.【模板合成法】利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、 大孔离子交换树脂等。例如将纳米微粒置于分子筛的笼中,可以得到尺寸均匀,在空间具有周期性 构型的纳米材料。 25.【.电解法此法】包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制得很多用通常方法不能制备或难 以制备的金属超微粉,尤其是负电性很大的金属粉末。还可制备氧化物超微粉。采用加有机溶剂于 电解液中的滚筒阴极电解法,制备出金属超微粉。滚筒置于两液相交界处,跨于两液相之中。当滚 筒在水溶液中时,金属在其上面析出,而转动到有机液中时,金属析出停止,而且已析出之金属被 有机溶液涂覆。 26.【纳米晶金属电导的尺寸效应】在一般电场情况下,金属和半导体的导电均服从欧姆定律,稳 定电流密度与外加电场成正比,纳米材料电阻率的表达式由固体物理可知,在完整晶体中,电子是 在周期性势场中运动,电子的稳定状态是布洛赫波描述的状态,这时不存在产生阻力的微观结构。 对于不完整晶体,晶体中的杂质、缺陷、晶面等结构上的不完整性以及晶体原子因热振动而偏离平 衡位置都会导致电子偏离周期性势场。 纳米材料的电导具有尺寸效应, 特别是晶粒小于某一临界尺 寸时,量子限制将使电导量子化(Conductance Quantization ) 27.【纳米金属块体材料的电导】一般来说,纳米金属块体材料的电导随着晶粒尺寸的减小而减小 而且具有负的电阻温度系数,已被实验所证实 28.【单电子效应基础知识单电子效应的定义】在低维纳米固体结构中,通过一定的控制手段,比 如加偏压、门压等能操纵电子一个一个地运动,这就是单电子效应或单电子现象。 29.【量子隧穿】结中的绝缘介质足够的薄,同时起着势垒的作用由于电子具有量子属性,所以它 能以一定的概率隧穿通过势垒,这一现象称作量子隧穿。若C为隧道结的电容,那么一个电子在隧 穿前后引起隧道结的静电能的变化与一个电子的库仑能大体相当,即,如果隧道结的面积为, 绝 缘层厚度为1nm,那么将拆算成温度,大约为100K。 30.【量子遂穿的定义及描述】单电子效应的主要bt365体育在线投注对象是超小隧道结。隧道结是由两个金属电 极及夹在其间的绝缘介质构成。与通常的电容相比,隧道结中的绝缘介质足够的薄,同时起着势垒 的作用。 由于电子具有量子属性,所以它能以一定的概率隧穿通过势垒,这一现象称作量子隧 穿。 31.【库仑导的定义及描述】 :两个隧道结J1 和J2 串联在一起,其中心电极就组成一个孤立的库仑 岛,J1和J2中的绝缘介质分别构成隔离库仑岛的势垒。在串联结上加上一个理想的恒流源,构成图 所示的串联的双隧道结。 32.【产生库仑台阶的条件】 :台阶形I-U曲线 R1C1,R1 和R2 分别为J1 和 J2 的电阻,即双结不对称。台阶的高度为,为单个电子隧穿击射垒所需的平均时间。 33.【单电子现象产生的条件】 :要保证隧道结的静电势远大于环境温度引起的涨落能,即 e2 /(2C) KBT,否则单电子现象将被热起伏所淹没。因此,室温下观察单电子隧穿要求库仑岛的尺 寸小至几个纳米的数量级。隧道结的电阻必须远大于电阻量子Rk= ?/e2 ≈ 25.8KΩ。 34.【旋转门效应】上图中,电流标度pA,其远小于稳态下库仑台阶的电流nA。由于在调控信号的 控制下,一个周期内只有一个电子通过,类似于大饭店的旋转门,每转一格只允许一个人通过,故 上述现象称为旋转门效应(Turnstile Effect),利用这种效应制成的器件称为量子旋转门器件 35.【单电子效应的应用】根据库仑岛大小和形状的不同【单电子效应主要应用于以下几种纳米电 子器件】 :单电子晶体管(SET)量子点器件(QD) 【共振隧穿二极管和三级管(RTD,RTT) 【RTD 和RTT 具有以下特点: 】高频高速工作:由于隧穿是载流子输运的最快机制之一,而且RTD活性尺 度极小, 决定了RTD具有非常快的工作速度和非常高的工作频率。 低工作电压和低功耗: 典型RTD 的工作电压为0.2~0.5V,一般工作电流为mA数量级,如果在材料生长中加入预势垒层,电流为A 数量级,可实现低功耗应用。用RTD做成的SRAM的功耗为50nW/单元。负阻为RTD和RTT的基本 特点 36.【单电子器件面临的困难】目前,单电子器件应用的一个最大困难是工作温度低,为了克服这 一困难,需要减小库仑岛的尺寸,减少其中所容纳的电子数。如果能将容纳的电子数由目前的500 个减少到几十个,将大大提高工作温度。这就要求精细加工技术的进一步改进。可以相信,随着纳 米材料和技术的发展,单电子器件的实用化已为期不远。 37.【介电常数和介电损耗//产生电极化的主要机理】 介电材料或电介质是以电极化为基本电学性能 的材料。 38.【电极化】 ,是指材料中的原子或离子的正、负电荷中心在电场作用下相对移动(产生电位移) 从而导致电矩的现象。产生电极化的主要机理有: 39.【电子位移极化】 :在外电场作用下原子的电子云和原子核发生相对位移。 粒子位移极化: 在外电场作用下正、负离子间发生相对位移。 40.【取向极化】 :某些物质的分子在无外电场作用时本身正、负电荷中心就不重合,存在固有的电 偶极矩。但由于热运动,分子的电偶极矩取向随机分布,总电矩为零。在外电场作用下,偶极矩部 分地转向电场方向,做取向排列。 41.【自发极化】 :在32种点群的晶体中,有20个点群不具有中心对称,可因弹性变形极化,因而具 有压电特性,这20中点群中又有10种点群具有唯一的极轴(自发极化轴)可出现自发极化。 42.【介电损耗的定义及描述】在静电场中,电位移,其中、分别为真空和介质的相对介电常数, 为电场。若介质在静电场中没有电导,则没有介电损耗。在交变电场中,电极化随着电场的变化而 改变。当电场变化相对较快时,电极化就会追随不上电场变化而滞后,从而在电场和电极化间产生 相位差。实际上介质中的多种极化都是一个驰豫过程,从初态到末态都要经过一定的驰豫时间。介 质的这种驰豫,在交变电场中会引起介质损耗,亦称介电损耗。介电损耗用相位差的正切来表示, 即介电损耗等于。在动态电场中,电位移,其中为动态电场; 为动态介电常数,是与电场的角频 率有关的复数,即:若介质在静电场中无损耗(无电导) ,则当时,上式中的第二项趋近于零,动 态介电常数就趋近于静态介电常数。在交变电场中 43.【介电损耗因子为】 :介电损耗与极化的驰豫过程有关。 【介电常数和介电损耗】是表征介电性 能的两个重要参数, 它们频率和温度的变化通常用频率谱和温度谱来表示。 它们的频率和温度变化 通常用频率谱和温度谱来表示。 44.【纳米介电材料的介电性能】纳米介电材料具有尺寸效应和界面效应,这将较强烈地影响其介 电性能。这些影响主要表现在;空间电荷引起的界面极化。由于纳米材料具有大体积分数的界面, 在外电场的作用下在界面两侧可产生较强的空间电荷引起界面极化或空间电荷极化。 介电常数或 介电损耗具有较强的尺寸效应。随着尺寸的减小,铁电体单畴将发生由尺寸驱动的铁电-顺点相变, 使自发极化减弱,局里点降低,这都将影响取向极化及介电性能。 纳米介电材料的交流电导常远 大于常规电介质的电导。 45.【纳米BaTiO3基材料的介电性能】 BaTiO3 是一种典型的强介电材料, 被誉为电子工业的支柱, 广泛用于制造陶瓷电容器、电子滤波器等电子元器件。BaTiO3 为钙钛矿型结构(ABO3) ,由一系 列共顶角的氧八面体组成,氧八面体中心是高价小半径的B位离子(钛离子) ,而在八面体间则为 大半径、低价、配位数为12的A 位离子(钡离子) 。钙钛矿结构的一个重要特点使A 位和B 位离子 可用电价和半径不同的离子在相当宽的范围内单独或复合取代【介电常数的尺寸效应和温度效应】 进一步细化晶粒至纳米范围能否进一步提高BaTiO3的介电常数成为人们所关注的问题之一。 此外, 由于纳米晶BaTiO3在晶粒小于某一临界尺寸时,在室温就能发生四方相-立方相的相变。因此,利 用纳米BaTiO3尺寸效应使居里点由120℃降至室温附近可望大幅度提高BaTiO3的介电常数。 46.【介电性能的提高】空气中介电损耗增大的主要原因是是电导增大带来的损耗。随着测量次数 的增加或时间的延长, 样品中的悬键大量减少, 最后达到一个稳定空气中的介电损耗远大于真空中 的介电损耗通常 47.【激子——束缚的电子-空穴对】在价带自由运动的空穴和在导带自由运动的电子,通过库仑相 互作用束缚在一起,形成束缚的电子-空穴对,就形成激子。电子和空穴复合时便发光,即以光子 的形式释放能量。 48.【激子弱受限】从吸收和发光来看,激子基态能量向高能方向位移,出现激子能量的蓝移。由 于电子的有效质量与电子的静止质量以及空穴有效质量与电子静止质量之比导致的附加能并不大, 所以激子弱受限引起的蓝移量不大。 49.【激子中等受限】 ,由于电子的有效质量小,空穴的有效质量大,电子受到的量子尺寸限域作用 比空穴的大得多,这种情况下,主要是电子运动受限,空穴在强受限的电子云中运动,并与电子之 间发生库仑相互作用 50.【激子强受】材料中的电子和空穴运动都将明显受到限制,当r减小到一定尺寸,量子限域效应 超过库仑作用,库仑作用仅仅作为微扰来处理,根据计算,量子尺寸限域产生的附加能量近似表示 为: 51.【蓝移】与体材料相比,纳米微粒的吸收带普遍存在向短波方向移动,即蓝移现象。 52.【2. 红移】在有些情况下,粒径减小至纳米级时,可以观察到光吸收带相对粗晶材料呈现“红 移”现象,即吸收带移向长波方向。 53.【3. 吸收带的宽化】引起纳米结构材料红外吸收带的宽化的因素主要有以下三点:颗粒大小有 一个分布界面内的键长与颗粒内的键长有差别 界面中的键长有一个很宽的分布 54.【超晶格】是指由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构,其薄层厚度的周期小 于电子的平均自由程。 55.【量子阱】是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴 的势阱。 56.【量子线】是在两个维度上给电子体系施加量子限制,使电子仅能在一个维度上自由运动。 57.【量子点】则是在三个维度上施加量子限制,使电子体系具有类原子能级的能量状态。 58.【 【纳米材料的光吸收特性】 】光通过物质时,某些波长的光被物质吸收产生的光谱,叫做吸收 光谱。用适当波长的光照射固体材料,可将固体材料中的电子从价带激发到导带,而在价带中留下 空穴。这种光激发的电子空穴对可以以不同方式复合发射光子,在光谱上产生对应的发射峰, 59.【金属纳米颗粒的光吸收】大块金属具有不同颜色的光泽,表明它们对可见光范围各种波长光 的反射和吸收能力不同。 60.【半导体纳米材料的吸收谱】由于量子尺寸效应导致能隙增大, 半导体纳米材料的吸收光谱向 高能方向移动, 即吸收蓝移。同时,由于电子和空穴的运动受限, 他们之间的波函数重叠增大, 激子 态振子强度增大, 导致激子吸收增强,因此很容易观察到激子吸收峰, 导致吸收光谱结构化。 61.【纳米微粒的发光机制】所谓的光致发光是指在一定波长光照射下被激发到高能级激发态的电 子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程。 仅在激发过程中才发光的光发射叫荧光, 而在激 发停止后还继续发一定时间的光的光发射叫磷光。 62.【纳米材料的光发射特性】纳米结构材料中由于平移周期性被破坏,选择定则对纳米材料很可 能不适用,在光激发下纳米态所产生的发光带是常规材料中受选择定则限制而不可能出现的发光。 (1、 量子限域效应使纳米材料激子发光很容易出现, 激子发光带的强度随颗粒的减小而增加) 。 (2、 在纳米微粒的表面存在着许多悬挂键、吸附类等。从而形成许多表面缺陷态。微粒受光激发后,光 生载流子以极快的速度受限于表面缺陷态,产生表面态发光。)(3、纳米晶体材料中所存在的庞大 的比表面、 有序度很低的界面很可能为过渡族杂质偏聚提供了有利的位置, 这就导致纳米材料能隙 中形成杂质能级、产生杂质发光。) 63.【,半导体纳米微粒受光激发后产生电子-空穴对,电子与空穴复合发光的途径有三种情况】(1) 电子和空穴直接复合,产生激子态发光。(2)通过表面缺陷态间接复合发光。(3)通过杂质能级复合 发光上述三种情况相互竞争。 64.【拉曼散射】散射光谱中除了有已知的与入射光频率相同的瑞利散射光外,还存在着强度极弱 的与入射光频率不同的(频率增加或减小)分子特征谱线,这一发现后来被称之为拉曼散射 65.【表面增强拉曼散射光谱】粗糙的贵金属表面在外界电磁场激发的情况下会放大增强吸附在其 表面的分子拉曼散射光谱信号的一种现象。 66.【表面增强拉曼散射具有以下特点: 】a) 具有极高的灵敏度。与普通拉曼散射信号相比,表而 增强拉曼散射信号的强度最高可以放大到1014-1015倍。b) 与增强基底的种类有关。目前发现有表 面增强效应的物种主要有金、银、铜等币族金属,过渡金属,半导体以及金属-半导体混合结构等。 c)与吸附金属表面的粗糙度、尺寸、形状等有关。d) 与探针分子有关。虽然许多分子都能被检测 到SERS信号,但不同的探针分子即使在完全相同的体系中其增强因子也不相同。e) 在电化学体系 中,SERS谱峰的强度和频率与所加电极电位密切相关,电位对于同一分子不同振动模式的影响可 能不同。 67.【电磁场增强机理】(1)表面等离子激元共振(Surface plasmon resonanc, SPR):该增强机理为 SERS 增强的最主要来源。 (2) 避雷针效应 (lightning rod effect)(3) 镜像场作用 2. 化学增强机理 (Chemical enhancement mechanism)电磁场理论在很大程度上可以很好的解释SERS,并且结果与 分子的种类无关。但是对于一些分子在某些情况下, 68.[化学增强]简单的说指的是金属和所吸附的分子之间发生了电荷转移使分子的极化率发生变化, 导致激发出的拉曼散射信号变强 69.【石墨烯最简单的制备方法(DIY)】1. 选取一块HOPG(Highly Oriented PyrolyticGraphite,高定 向裂解石墨)或者普通的石墨薄片2. 用Scotch tape(普通的透明胶)粘在样品上然后撕开3. 对于石 墨薄片,用另外一个透明胶带多粘几次,即可得到石墨烯4. 注意,HOPG得到的一般是单原子层, 而石墨片容易获得多原子层 70.【分离石墨法】a. 将石墨泡在硫酸里,硫酸分子将渗透到原子层之间b. 用TBA分子渗透到硫酸 分子之间,将石墨烯片的间距分离更大,其范德华力将减弱c. 在DSPE-mPEG/DMF溶液中超声振 动一个小时,DSPE-mPEG将覆盖整个石墨烯片右边瓶子里为超声后的溶液,里面含有大量均匀的 石墨烯片d, e, f分别为AFM, TEM和电子衍射斑点 71.【声子模式和拉曼光谱】 单声子模式散射单声子模式散射分为谷间散射 (D模, K点附近的横模) 和谷内散射(D’模,Gamma点附近的纵模) ,它需要有缺陷来确保电子的动量守恒双声子模式散射 双声子模式散射分为双谐振)和全谐振,它不需要有缺陷参与 72.【AFM & STM】区别:AFM和STM均为表征材料表面结构的方法。不同点在于,AFM的分辨 率为纳米级,STM的分辨率为原子级 73.【量子霍尔效应】我们常见的霍尔效应中,霍尔电压与磁场的强度成正比。然而,二维电子气 (2DEG)在低温强磁场时,其霍尔电导可表示为随着填充因子v的不同,如果v是整数,则该霍尔电 导被称为整数霍尔效应,如果为分数则被称为分数霍尔效应 74.【掺杂-分子电荷转移法】电子施主分子,像TTF,能够使G模的频率软化(红移) 电子受主分 子,如 (TCNE),能够使G模硬化(蓝移) 不仅G模的位置会发生变化,其峰高也会发生变化 75.【B或N取代掺杂法】B-掺杂的方法有两种用石墨电极在H2和B2H6的气氛中弧光放电对掺杂 有3%的B原子的石墨采用弧光放电N掺杂主要是在H2和C5H5N的气氛中,或者H2和NH3的气氛中 放电。 不管是B还是N掺杂,拉曼谱中的G带总移向更高的频率掺杂后的样品峰高上D带相对于G 带比较高,而2D带相对于G带比较低 76.【石墨烯的表面功能化和溶解性】石墨烯的表面功能化与碳纳米管的表面功能化非常相似,因 为它们都是sp2杂化的C原子结构。 77.【碳纳米管CNT的能带结构】CNT的直径很小,可视为准一维分子线,它具有很强的量子效应 同时,它又是由石墨烯弯曲而成,因此它除了具有类似于二维的石墨烯性质外,又会有很多自身的 特殊结构【CNT的导电原理】a) CNT的导电能力随着温度的升高而下降。 78.【CNT的场发射】优点包括:a)低温低电场下可发射电子。普通的材料电场强度需要达到几千 伏每微米,或者要上千度的高温,而CNT只需要几伏每微米。b)普通材料由于尖端受到离子轰击或 者高电流密度的加热,其尖端容易钝化,导致发射效应消失。而CNT即使尖端被消耗掉,其剩余 部分的性能跟初始尖端性能一致,还是可以继续发射 79.【CNT的拉曼特性】CNT的拉曼谱包含两个特征峰,G带和D带 G带与CNT的尺寸有关,而与 它的手性无关D带与CNT的缺陷有关 80.【CNT的基本反应】CNT可能发生的官能化发应有:1.在尾端或者中间接一些官能团分子2.在 外面包裹一些聚合物或者生物分子3.在管内插入一些原子或者分子 81.【CNT的氧化还原反应】CNT既可以作为电子的施主,又可以作为受主,所以它可以发生氧化 还原反应 氧化反应一般在尖端发生,而不会在管体上发生。 82.【CNT传感器-物理传感器】物理传感器是指那些能对外界参数,如温度、压力和机械形变等敏 感且能产生信号的器件 CNT的机械形变会引发拉曼信号中的G带发生位移,而这个位移很容易被 测量, 83.【单电子晶体管SET工作原理】 【量子隧穿效应】 :电子与某一势垒碰撞时,如果势垒的厚度减薄到能够与电子的德布罗意波长相 当,那么电子具有一定的概率穿过该势垒。 84.【库仑阻塞效应】 :如果一个库仑岛的静电势能能级间隔比电子运动的能量大,那么该电子就难 以隧穿进入该库仑岛。 85.【SET在正常工作时,必须满足两个条件:】(1) KTe2/2C的条件,C越小,T越高。当C=10-15F时, 工作温度为1 K左右。如果使器件工作在室温下,C应小于3 aF。(2) 总电阻R大于量子电阻Rk(Rk≈ 26 kΩ),这样才能避免由于量子涨落引起的波动。 86.【SET制备方法】 (MBE(分子束外延)生长异质结技术STM(扫描隧道显微镜)或AFM(原 子力显微镜) 纳米氧化技术 EBL (电子束光刻) 和SOI结合技术EBL与微结构材料技术结合) (1.MBE 生长异质结技术)SET不能在较高的温度下工作,器件重复性差。 (2.STM或AFM纳米氧化技术) 加工时间长,探针的损耗和加工过程中环境变化使器件的重复性和稳定性受到影响。 (3. EBL技术 0受电子背散射的干扰,刻蚀图形的分辨率受到影响,同时曝光时间长也使其实用性受到限制。 87.【量子点器件/量子点】是准零维(quasi-zerodimensional)的纳米材料,由少量的原子构成。外观 恰似一极小的点状物,粗略地说,量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下。量子点内部电子 在各方向上的运动都受到局限,所以量子局限效应(quantum confinement effect)特别显著。 88.【量子点的制造方法】1.化学溶胶法(chemical colloidalmethod):可制作复层(multilayered)量子 点,过程简单,且可大量生产。量;2.自组成法)采用分子束磊晶或化学气相沉积制程,并利用晶 格不匹配的原理,使量子点在特定基材表面自聚生长,可大量生产排列规则的;3.分闸法:以外加 电压的方式在二维量子井平面上产生二维侷限,可控制闸极(Gate)改变量子点的形状与大小,适合 用于学术bt365体育在线投注, 但无法大量生产。 量子点的制备可采用分子束外延技术在各种自然表面上直接生长 的方法。如在小偏角表面(vicinal surface) 超台阶面( super steps) 、高指数表面等或者在一些由人工 做出的图形衬底上生长释电性。 、


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