纳米碳管分子整流器件的研究进展

介绍了利用碳纳米管代替传统的硅材料研制分子整流器这一重要的电子元器件的进展状况。着重分析了现阶段利用碳纳米管大量研制分子元器件及纳米电路所面临的困难,并对碳纳米管整流器件的应用前景作了展望。

分子整流器的相关技术

分子整流器的相关技术是研究器件基础理论和未来付诸应用的关键问题之一。由于分子材料的特殊物理化学性质，原本成熟的普通半导体工艺不再适用。本文综述了目前在分子整流器研究领域广泛使用的相关技术，介绍了分子有序排列的各种组装技术，ＳＴＭ技术，电极制备技术等。分子器件的深入研究将会引起信息处理系统和材料科学的发展，对未来科学技术和社会发展产生深远的影响。

基于[4-[(N-(2-巯基乙基),N’-甲基)胺基]苯基]三氰基乙烯(TAPE)的分子整流器

制备了含巯基的共轭有机分子-[4-[(N-(2-巯基乙基),N’-甲基)胺基]苯基]三氰基乙烯(TAPE),以分子自组装方法制作了结构为“Au/TAPE/Au(纳米颗粒)”的分子整流器件。用扫描隧道显微镜(STM)测试了该器件的电流-电压(I-V)性质,在偏压为±0.95V时,有最高整流比为22.7;考察了顶电极制备工艺前、后单分子膜的电性能。用掠角反射红外光谱对单分子有机层进行了表征。

卟啉分子整流器件的理论研究

使用密度泛函理论(DFT)与非平衡态格林函数(NEGF)相结合的方法研究了卟啉-烷(porphyrin-alkyl)、卟啉-苯(porphyrin-phenyl)、卟啉-炔(porphyrin-alkyne)三种分子的电压-电流曲线、分子隧穿谱等电学性质。结果显示,卟啉-炔分子的电子传递能力最强,其次是卟啉-苯分子,而卟啉-烷分子的导电性最差;但是,卟啉-烷和卟啉-苯分子具有明显的整流特性,而卟啉-炔分子几乎没有整流效果。

分子整流器件整流原理分析

本文以电荷守恒定律为基础,讨论了由四氰基对二次甲基苯醌(TCNQ)和四硫代富瓦稀(TTF)为主体的分子器件的通导机理;采用量子化学自洽场计算方法,计算了它们的中性分子对和正负离子对的能量以及电子结构;并在此基础上讨论了该分子器件的整流原理及筛选适于制作分子整流器件的分子的条件。

中国科大制成新型单分子整流器

日前，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室在富勒烯单分子研究中又获重要进展。他们成功将富勒烯单分子中的一个碳原子用氮原子取代，并利用单电子隧穿效应，成功研制成仅由一个分子组成的新型单分子整流器。该分子器件有着和传统单分子整流器不同的工作原理，在重复性和可控性方面有着明显的优势。这是他们继用单分子操纵手段实现由两个富勒烯分子构成负微分电导二极管后，所取得的又一重要研究进展。

中科大利用纳米技术研制成功新型单分子整流器

中国科学技术大学的微尺度物质科学国家实验室富勒烯单分子研究又获重要进展。他们成功将富勒烯单分子中的一个碳原子用氮原子取代，并利用单电子隧穿效应，成功研制出仅由一个分子组成的新型单分子整流器。这个分子器件有着和传统单分子整流器不同的工作原理，在重复性和可控性方面有着明显的优势。这是他们继用单分子操纵手段实现由两个富勒烯分子构成负微分电导二极管后又一重要研究进展。

中国科技大学制成新型单分子整流器

日前，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室在富勒烯单分子研究中又获重要进展．他们成功得将富勒烯单分子中的一个碳原子用氮原子取代，并利用单电子隧穿效应，研制成仅由一个分子组成的新型单分子整流器．该分子器件有着和传统单分子整流器不同的工作原理，在重复性和可控性方面有着明显的优势。

分子整流器

分子尺寸器件是推动分子电子学发展的主力军。本文综述了分子整流器的工作原理、模型分子的设计、研究现状、存在的主要问题和今后的发展方向。

基于分子自组装的单分子层整流器

本文报道了一种含巯基的分子在金膜表面的自组装制备的单层分子整流器件Au/PPSC/Au,其中PPSC为取向整流分子膜。接触角、掠角反射红外光谱测量证明了单层分子膜存在;STM和电路测量都得到明显的不对称的整流I-V曲线。在STM模式下,在±2 V时,表观整流比为4.25;在电路测量模式,整流比在几十倍以上。

一种分子整流器件及其工艺研究

设计并合成了一类D-π-A型具有整流特性的有机材料MR-1(对-二甲胺基苯基乙烯三腈),MR-2(对-二苯胺基苯基乙烯三腈),以其制成的整流器件Cu/MR-1/Ag整流比可达10000,其他器件M/MR-X/M(M为Ag或Cu)的整流比高的可达100;实验发现,溶液吸附法只能在气-液交界处得到整流结果,加电场有利于形成有序取向分子膜.

分子整流器的共振隧道效应

讨论了与分子整流相关的Ｌａｎｇｍｕｉｒ－ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ 膜的共振隧道效应和单分子、双分子整流器等分子整流概念．这种整流器的整流机制不同于Ａｖｉｒａｍ － Ｒａｔｎｅｒ 提出的原始分子整流器模型，也不同于普通半导体的ｐ－ ｎ 结的整流理论．在这种新概念中，只有整流分子的成键轨道对整流有贡献，而反键轨道在外加偏压时不参与载流子传输．

分子整流的实验与理论研究进展

分子电子器件的思想始于20世纪70年代,分子整流的研究在30多年中取得了显著进展,包括分子结构设计、实验测量以及理论模拟。本文简述了分子整流的发展历程,介绍了被广泛研究的分子整流体系以及分子水平整流机理,包括D-σ-A型、D-π-A型、D-A型、构象转变和界面引起的整流,以及负微分电阻现象。最后提出了分子整流研究中存在的一些问题,并展望了分子整流的研究和发展方向。

D-σ-A型分子整流器的理论研究

采用DFT的方法分别对一系列有望成为分子整流器的共轭分子的几何及电子结构进行了理论计算。通过B3LYP/6- 31G算法确定了电子供体(Donor)和受体(Acceptor)分子。为使单分子整流器可在较大偏压下使用,尝试了不同的键桥结构.计算结果表明,分别作为供体和受体分子的硝基苯、苯胺之间具有最大的LUMO能级差。D-σ-A型分子中,电子最低未占据轨道(LUMO)局限在分子的受体片段上,而电子最高占据轨道(HOMO)局限在供体片段上。受体和供体片段之间的键桥结构为-CH2CH2CH2CH2-时,分子的势能差最大,为2.47eV。

D-B-A分子整流特性的端基效应

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法,研究了基于同一D-B-A分子在改变端基后形成的4个不同的分子器件的电子输运特性及整流效果.研究表明:端基的改变,能明显影响分子器件的整流效果,这是因为端基能影响分子与电极的耦合程度,从而改变了分子轨道的离域性,进而影响分子的电子输运特性及整流效果.更有趣的是,由于分子轨道HOMO和LUMO随偏压极性不同的非对称移动,导致整流器的整流方向与Aviram和Ratner分子整流器相反.

基于石墨烯电极的齐聚苯乙炔分子器件的整流特性

以齐聚苯乙炔分子为研究对象,采用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理方法,对基于石墨烯电极的齐聚苯乙炔分子器件整流特性进行了研究,系统地分析了官能团对分子器件整流特性的影响.通过研究发现,官能团对齐聚苯乙炔分子器件整流特性影响显著,当添加失电子官能团氨基(NH_2)时出现正向整流,添加得电子官能团硝基(NO_2)时出现反向整流,当同时添加氨基和硝基官能团时,会出现正反向整流交替现象,研究结果表明通过添加不同类型的官能团能有效控制分子整流器的整流特性.

分子整流器整流特性的键桥调控效应

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法,研究了基于同一分子在不同空间构型下形成的三个不同分子器件的电子输运特性及整流效果.研究表明:旋转中间苯环(键桥——π桥),能明显改变整流效果,这是因为改变了分子轨道的离域性,这一发现说明通过改变键桥的空间取向能有效地调控分子整流器的整流性质,这对于设计新型分子整流器有重要意义.

非对称性电极材料诱导的C_(20)分子器件中的整流行为

采用第一性原理的密度泛函理论和非平衡格林函数方法,将C20分子分别与不同的电极材料连接构建了电极-C20-电极三明治结构,研究了分子器件中不同的电极材料对分子器件电荷输运性质的影响.结果发现,当使用非对称的电极材料时,分子与左右电极的耦合程度不同,因此分子器件表现出整流行为,而使用对称性电极时并没有发现整流现象.这一现象的产生是由于正负偏压下的透射率的变化以及偏压窗内分子轨道空间分布的变化所致.我们的研究为分子整流器的产生提供了重要的理论指导.

表面单分子的表征和操纵

本文对国内外表面单分子的表征和操纵的研究概况进行了简短评述,重点介绍了我们的一些基础研究结果,结合扫描隧道显微术和电子密度泛函理论模拟,在单分子C60的高分辨表征、C60在Si表面的吸附取向、富勒烯分子Dy@C82的空间和能量分辨、Pd纳米颗粒的无序抑制量子限域效应,制备基于C60的负微分电导和C59N的分子整流器件及单个CoPc分子自旋性质的调控等方面取得一些较重要的进展。