封面说明

中国科学院物理研究所Ｃ6 0 6组分别建立、发展了三种基于不同原理的纳米加工技术 ,制备了 6ｎｍ宽的线条栅和间隔仅为 6ｎｍ的“纳米电极对” .为开展碳纳米管晶体管及其电路的研究 ,该小组还发展了变形的“纳米电极对”的制备技术 ,制备出了非直线型的“纳米电极对”、双缝型的“纳米电极对”和定位型的“纳米电极对” .封面图为该研究小组利用“纳米电极对”技术制备的点接触平面栅型单电子晶体管的原理图 ,其结构由上至下为 :金属栅极、ＳｉＯ2绝缘层、Ｓｉ导电层、ＳｉＯ2 掩埋层和ＳＯＩ衬底的Ｓｉ层 .封面说明$中国科学院物理研究所@…     

用分子自组装技术制备的单电子器件的Monte Carlo模拟

用分子自组装技术制备出纳米金单电子器件,并测量了其伏安特性,根据单电子系统的半经典理论,用MonteCarlo法对其结果进行了模拟.结果表明,模拟出的伏安曲线与实测的伏安曲线有较好的一致性,反映了模拟方法用于单电子器件研究的合理性,此外发现,虽然单电子器件两电极间含有众多的纳米粒子,但在低压区,其伏安特性只与少数纳米粒子有关 关键词： 单电子器件 MonteCarlo模拟 分子自组装     

氧等离子体处理对GaAs表面单层自组装SiO2纳米球薄膜的影响

二维纳米阵列结构因其重要的光学性能被广泛应用于各类光电子器件。本文对自组装单层SiO2纳米球掩模刻蚀法制备GaAs纳米柱二维阵列结构的关键工艺技术进行了研究。采用旋涂法在GaAs表面制备自组装单层SiO2纳米球,重点研究了GaAs表面氧等离子体亲水处理工艺对纳米球排列特性的影响,获得最佳工艺条件为功率配比100 W+80 W、腔室压力4 Pa、氧气流量20 mL/min、处理时间1200 s,并最终得到排列紧密的大面积单层纳米球薄膜。以单层纳米球为掩模,采用感应耦合等离子体刻蚀技术在GaAs表面制备了纳米柱阵列并测试了其表面光反射谱。测试结果表明,GaAs纳米柱阵列在特定波段的反射率降低至5%,远低于表面无纳米结构的薄膜材料表面高达40%的光反射。分析表明纳米柱可以激发米氏散射共振效应,从而有效降低反射率并提升光吸收。     

碳纳米管室温单电子器件的构建和特性测量

利用传统微加工与纳米组装技术构建出了金属颗粒调制的复合碳纳米管场效应及单电子器件，电子输运性能测量结果表明这类复合碳纳米器件具有一些不同于一般碳纳米单电子器件的独特性能，特别是可在室温下实现单电子特性。     

用电爆炸丝法制备纳米粉末及负载型纳米催化剂

目前制备纳米材料的方法很多，其中电爆炸丝法制备纳米粉末材料是20世纪90年代后期发展起来的新型方法，俄罗斯和日本研究人员利用该方法成功制备多种金属和金属化合物纳米粉末。我国吉林大学利用该方法制备了纳米Cu-Zn合金粉末，其粒度分布在30～180nm，平均粒度约85nm。为了探索电爆炸金属丝技术在制备纳米粉末及其相关产品中的应用前景，文中对电爆炸金属丝产生纳米Al2O3和TiO2进行了实验研究，并在此基础上开展了电爆炸金属丝制备负载型纳米催化剂的初步研究。     

DNA模板纳米粒子自组装及其在纳米电子器件中的可能应用

以生物分子为模板进行的纳米粒子白组装之所以受到人们的广泛关注，主要是追求其在纳米电子器件的成功应用。文章结合近年来国内外研究工作和本实验室小组成员的一些相关工作，综述了DNA模板的无机纳米粒子白组装形成有序纳米结构及其在纳米电子器件上应用的研究进展，讨论了此种组装技术的局限性并展望其发展前景．     

介电泳技术制备具有分子荧光增强效应的电极间纳米间隙结构

将单个核壳结构纳米颗粒放置在金属纳米电极之间制备了纳米尺度间隙结构.利用介电泳技术,本文可控地将蛋白质层包裹的SiO₂@Au核壳结构纳米颗粒定位放置在被荧光分子覆盖的纳米电极之间,从而得到了夹在纳米颗粒和金属纳米电极之间的纳米间隙结构.初步的光致发光测量表明,制备的纳米间隙结构可以有效地增强间隙中分子的荧光信号.这一结果为后续实现基于纳米间隙电极的电致分子荧光奠定了基础.     

温控/光控片上纳米裂结

由于分子尺寸小、可化学合成、与生物组织兼容等显著优点，以有机小分子为核心的单分子器件引起了人们的广泛关注，单分子器件有望成为硅基电子器件的一个重要的互补发展方向。已报道构筑单分子电子回路的大部分方法程序繁琐，且无法在平面基底上实时调控电极间的间距。这项工作采用机械切割结合电化学腐蚀的方法来制作纳米电极，通过控制施加在阴极和阳极之间的电压，并实时监测通过被腐蚀的金线的电流的大小，可以获得针尖状与分子大小匹配的纳米电极。进一步利用热胀冷缩的原理，采用比金的热膨胀系数小很多的材料作为基底，实现了环境温度对电极间距离的调控，即通过改变环境温度实现了可重复操作的电极间的连接及断开。在此温控基础之上，进一步实现了利用光强更为地精密调控电极间的距离，调控的精度可以达到原子级别。实验结果表明，我们制作的温控/光控片上纳米电极无需借助高精尖仪器，就可以实现对电极之间的距离的精密控制，其平面基底构型，为单分子电子器件的研究提供了有助于片上器件集成的新方法。     

纳米碳管作为氧扩散电极催化层第二相碳载体的电极特性

以纳米碳管和活性碳二元碳材料为催化层碳载体制备了氧扩散电极,采用稳态极化和电化学阻抗技术对其在碱性介质中氧还原反应的电催化活性进行了研究.结果表明,双载体电极比单载体纳米碳管、活性炭电极具有更高的电催化活性,纳米碳管和活性炭质量比为50∶50时双载体电极的催化活性最好;电极动力学参数测试表明,催化层中引入第二相纳米碳管载体提高了电极比表面积、电子导电性和氧还原反应速度;采用浸渍还原法在第二相纳米碳管载体中负载纳米级Pt催化剂,即使在低Pt负载量下(45.7μg/cm2)也明显改善了双载体电极的催化活性.阻抗测试表明,载Pt与未载Pt催化剂的双载体电极均受氧在薄液膜中的扩散控制.     

纳米结构中的量子问题

文章讨论了纳米器件发展方向和近期的研究成果，指出是子效应和纳米结构是将来的纳米器件的两大基础，以碳纳米管和各种电极组成的纳米结构为代表，论述了不同的量子效应及其在纳米器件中的可能应用。     

通过单电子泵实现对单电子运动的控制及其相图分析

介绍了单电子泵的工作原理，讨论了如何利用库仑阻塞和单电子隧穿实现对单电子泵中单个电子运动的控制，从而给出它的相图，并由此得到了单电子泵的一个重要用途，即控制微小电流.指出栅极可能引入的随机电荷对单电子泵的应用并无影响. 关键词： 单电子泵 库仑阻塞 相图     

基于库仑阻塞原理的多值存储器

设计了一种基于库仑阻塞原理的新型单电子多值存储器.器件包括两个多隧穿结结构和一个单电子晶体管，其中单电子晶体管起到一个静电计的作用来实现数据的读取.两个隧穿结库仑阻塞区域的大小不同使得器件具有三个稳定的存储状态.利用这个原理可以制备出多值的动态随机存储器和非挥发性的随机存储器.这种低功耗的单电子多值存储器可以实现信息的超高密度存储. 关键词： 库仑阻塞 单电子晶体管     

单电子晶体管

由电子束纳米微刻技术制成的单电子晶体管呈现了新的物理现象：单电子隧穿效应和电荷宇称效应．这些发现为创造新型的电子器件开辟了光明前景，包括可以用比最基本电荷ｅ还小的电荷量来调制电流，处理以单电子为单位的电脑数字信息，并且也可发展成高度灵敏的微波探测器．     

Coulomb promotion of spin-dependent tunneling

We study transport of spin-polarized electrons through a magnetic single-electron transistor (SET) in the presence of an external magnetic field. Assuming the SET to have a nanometer size central island with a single-electron level we find that the interplay on the island between coherent spin-flip dynamics and Coulomb interactions can make the Coulomb correlations promote rather than suppress the current through the device. We find the criteria for this new phenomenon--Coulomb promotion of spin-dependent tunneling--to occur.     

Particle-size effects in single-electron tunnel systems

It is seen that in single-electron systems with finite-size particle distributions there is a direct correlation between a given distribution and its single-electron conductance peak spacing. In this paper we discuss the geometry, capacitance, and size distribution of particles in single-electron tunnel systems, the latter two as manifest in their tunneling characteristics.     

Influence of time-periodic potentials on electronic transport in double-well structure

Within the framework of the Floquet theorem, we have investigated single-electron photon-assisted tunneling in a double-well system using the transfer matrix technique. The transmission probability displays satellite peaks on both sides of the main resonance peaks and these satellite peaks originate from emission or absorption photons. The single-electron resonance tunneling can be controlled through changing the applied harmonically potential positions, such as driven potential in wells, in barriers, or in whole double-well systems. This advantage should be useful in the optimization of the parameters of a transmission device.     

Coulomb blockade under conditions of inelastic tunneling

It is found that single-electron current oscillations in the drain-gate characteristics of a single-electron transistor fabricated by the step-edge cutoff process, as compared to a conventional single-electron transistor, are damped several times slower and do not change their phase by π as the source-drain voltage increases. This is explained by the strong nonlinearity of the current-voltage characteristics of tunnel junctions, which is caused by the inelastic character of tunneling.     

Single-electron transistor with an island formed by several dopant phosphorus atoms

We present the results of an experimental study of electron transport through individual phosphorus dopants implanted into a silicon crystal. We developed an original technique for single-electron transistor fabrication from silicon-on-insulator material with an island formed by single phosphorus atoms. The proposed method is based on well-known CMOS compatible technological processes that are standard in semiconductor electronics and may be used in most research groups. The large Coulomb blockade energy value of the investigated single-electron transistor (～20 meV) allows one to observe single-electron effects in a wide temperature range up to 77 K. We measured and analyzed stability diagrams of fabricated experimental structures. We demonstrated a single-electron transistor with controllable electron transport through two to three phosphorus dopants only.     

一种新型的单电子A/D转换器

传统的A/D转换器结构复杂，利用一种改进的V-PADOX工艺可以制成性能均匀的互补的单电子 晶体管，工艺重复性好.用互补SET对结构实现了多阈值周期性传输功能，这可以用来简化A/ D转换电路.提出了一种利用该互补SET对结构实现的新型3位A/D转换器，具有结构简单、速 度快、功耗低等优点. 关键词： 库仑振荡 A/D转换器 互补单电子晶体管结构     

COULOMB BLOCKADE OSCILLATIONS OF Si SINGLE-ELECTRON TRANSISTORS

Coulomb blockade oscillations of Si single-electron transistors, which are fabricated completely by the conventional photolithography technique, have been investigated. Most of the single-electron transistors clearly show Coulomb blockade oscillations and these oscillations can be periodic by applying negative voltages to the in-plane gates. A shift of the peak positions is observed at high temperatures. It is also found that the fluctuation of the peak spacing cannot be neglected.