基于納米碳管的單分子有機晶體管

單分子有機效應晶體管具有溶液可處理性，重量輕，能大面積處理，低成本，有彈性，高載流子遷移率，裝置速度快等優點。有可能在未來的集成電路中做基本的建築單元。亞10 nm單分子有機場效應晶體管近年來取得了很大的進展。但通常的金屬電極在這樣一個尺度會對門電勢産生很大的屏蔽從而大大降低了晶體管的開關比。解決的辦法之一是使用準一維的納米碳管做電極，但納米碳管與散射分子間存在較大的接觸電阻，使得開态電流比較小。而開态電流的大小決定裝置的切換速度。beat365官方网站呂勁高政祥老師指導博士生李鴻等，提出用單根金屬納米碳管把中間部分進行化學修飾，而把未修飾部分做電極構成單分子晶體管。化學修飾會引發金屬半導體轉變，從而造成了一個半導體得溝道。由于金屬碳管電極與化學修飾的管之間是無縫連接，接觸電阻被最小化，這樣的單分子晶體管可同時具有高的開關比與開态電流。輸運模拟顯示這樣的單分子晶體管總體性質顯著優于目前可得的有機分子晶體管。研究作發表在J. Phys. Chem. C 114, 15816 (2010)上後被國際著名的Nature出版集團的子刊Nature Asia Materials（doi:10.1038/asiamat.2011.5）選為研究亮點以Single-molecule devices: Nanotubes make the switch為題目進行了專門報道。

納米碳管單分子晶體管模型和轉移曲線。在甲基修飾的情況下，2 nm的短溝道獲得的開關比可達106，比目前分子器件實驗值大3個數量級。開态電導為20 μS，比目前的實驗值大2-3個數量級。

該研究工作得到介觀物理國家重點實驗室，自然科學基金，和科技部重大研究計劃支持。