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鄢勇课题组在非硅基材料纳米电子器件方面取得新进展

        电子元器件的多功能化是应用电子技术发展的重要趋势,因而非硅基材料越来越受到研究人员的关注。2016年,国家纳米科学中心鄢勇课题组与韩国蔚山科技大学的Bartosz Grzybowski教授等人合作,采用金属纳米颗粒构建了双层结构的二极管、电阻等电子元器件,并与各种金纳米颗粒构建的传感器件集成,实现了环境信号的采集、处理和报告,相关成果以封面文章的形式发表在《自然:纳米技术》(Nature Nanotech., 2016, 11, 603-608)上。其中,最重要的二极管的设计受到了传统半导体pn结的启发,将两层带有相反电荷的金纳米颗粒薄膜面对面接触,可迁移的对离子在熵驱动下由于浓度梯度相互扩散,从而在界面处建立内建电场,调控电子的不对称输运。

  最近,鄢勇课题组将类似的设计理念推广到无能隙的石墨烯材料,采用带相反电荷的氧化石墨烯作为活性层,高导电率的单壁纳米管作为电极,实现了全碳材料pn二极管的构筑。该二极管具有一定的透光性,可以集成实现逻辑输出,并且可以制备在柔性基底上等优点,相关成果以“All carbon materials pn diode”为题发表在《自然:通讯》(Nature Commun., 2018, 9, 3750)上。另外,通过器件结构的创新,实现了单种带电金属纳米颗粒二极管的构建。即采用碳纳米管/石墨烯复合薄膜与金薄膜作为不对称电极对,带电金纳米颗粒作为活性层,利用两个电极特征电容值的差别,创造偏压下的不对称电荷分布,从而实现整流效应。同时,该课题组将其集成到矿石收音机的检波电路中,基于自制的发射、传送装置,实现了音频信号的解调。相关成果将以“Switchable counterion gradients around charged metallic nanoparticles enable reception of radio waves” 为题发表在Science Advances (2018, 4, eaau3546)上。这些工作为新型电子器件的设计、开发以及电子器件的多功能化提供了一些思路,也丰富了电子器件材料的可选性。

   以上工作得到了国家自然科学基金(21571039)和中国科学院经费的支持。

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