双探针STM实验研究与特定纳米结构电学特性理论研究

论文摘要

本论文围绕双探针扫描隧道显微镜(STM)和纳米结构的量子电导、碳纳米管阵列的电场分布进行了实验与理论探索,主要工作分为三个方面。 首先,设计了适于双探针的电子控制系统,构筑了一套双探针STM,利用双探针STM实现了双钨针尖的对准,并测定了对准后的双钨针尖构成的纳米结构的I—Z曲线和I—V曲线。 其次,用模式匹配和散射矩阵理论,对两种量子点接触纳米结构的电导进行了模拟计算。模拟结果表明,当纳米结构中电子的费米波长跟纳米结构的尺寸可以比拟时,纳米结构的电导呈现量子化的特征,而且这种电导量子化的现象随着纳米结构尺寸的减小和电子的费米能的降低而增强,半导体纳米结构比金属纳米结构更容易观察到电导量子化的现象。 最后,用有限差分方法模拟计算了碳纳米管场发射平板显示器中碳纳米管阵列的电场分布,发现当碳纳米管之间的间隔大于碳纳米管长度的3倍时,碳纳米管之间的屏蔽效应可以忽略不计;同时,电场强度和场增强因子随着碳纳米管的长度增大而线性地增大,当碳纳米管的直径较小时,电场强度和场增强因子随着碳纳米管的直径减小迅速增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 扫描隧道显微镜及其应用
• §1.2 碳纳米管场发射平板显示器
• §1.3 本文主要内容
• 第二章 双探针STM实验研究
• §2.1 双探针STM电子控制系统研制
• §2.2 针尖高度反馈控制分析调试
• §2.3 双探针STM实验
• §2.3.1 双探针对准控制
• §2.3.2 双探针纳米隧道结的电学特性
• 第三章 纳米结构的量子电导计算
• §3.1 模式匹配和散射矩阵理论模型
• §3.2 纳米结构的量子电导模拟
• §3.3 纳米结构电导特性模拟结果
• §3.3.1 二维纳米结构的电导模拟结果
• §3.3.2 三维纳米结构的电导模拟结果
• 第四章 碳纳米管场发射阵列的电场分布计算
• §4.1 模型与理论
• §4.2 电场计算结果与讨论
• §4.2.1 碳纳米场发射阵列的电场分布
• §4.2.2 电场分布和场增强因子与碳纳米管间隔的关系
• §4.2.3 电场分布和场增强因子与碳纳米管长度的关系
• §4.2.4 电场分布和场增强因子与碳纳米管直径的关系
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢