P-N异质结逻辑门设计与应用优化

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：P-N结是现代电子器件中一个重要的基本组成部分。有关逻辑门的研究已经比较充分，但是通过P-N异质结纳米线制备逻辑门，在异质结材料中还属于首次。由于这种别致的双P-N异质结纳米线在逻辑门应用上的多样化使得它很可能在某些逻辑开关中表现出不寻常的作用。

随着纳米科学与技术的快速发展，一维半导体纳米材料已经在微电子元件、信号处理元件和光伏材料等多种纳米电子器件中得到了广泛的应用，这是由于一维纳米材料具有独特的形状以及相对很大的比表面积而在电子元件和光伏材料等领域具有更多特殊的功能。一般来说，一维半导体纳米材料包括纳米线、纳米管、纳米带和纳米棒等，其多样化应用如图4.40所示。它们已经被广泛地合成并得到了充分的研究和应用。

图4.40　一维半导体纳米材料的多样化应用

（a）用于气体检测的垂直砷化铟纳米线阵列；（b）K2Ti6O13盘-纳米环形成的纳米带自螺旋结构；（c）金属纳米棒；（d）通过硅纳米管模板法合成的金属纳米棒

π-共轭体系导电高分子一般可以通过掺杂的方法获得P型或者N型的半导体材料，这些材料一般用来发展制备具有二极管、光响应、电开关、光伏探测器和化学传感器等功能的电子器件。一般来说，有机材料通常与其他种类材料通过多种手段相结合产生某些特殊的性能或者结构用以开发一些具有特殊用途的复合材料（图4.41）。例如，使用有机共轭高分子无机半导体材料相复合可以获得两种单独组分材料没有的特殊电学性质。

P-N结是现代电子器件中一个重要的基本组成部分。将几个或者多个P-N结结构的合理设计与构造应用在电子元件中，可能会导致电子元件产生某些新现象和新功能。最近一段时间内，一些研究主要关注制备某些具有特殊光电性质的P-N结纳米尺度材料，但是没有研究表明可以通过构建具有两个P-N结的一个三段纳米线的结构从而获得一种新型的电子元件。这种电子元件可以用于电子逻辑门领域。更重要的是，也首次制备出了具有两个独立P-N结的串联而成的二极管一维纳米结构。有关逻辑门的研究已经比较充分（图4.42），但是通过P-N异质结纳米线制备逻辑门，在异质结材料中还属于首次。

图4.41　一维半导体纳米材料的多样化应用

（a）DNA分子与CNT复合体；（b）交换耦合双磁性钴/氧化铁纳米异质结分支结构

图4.42　几种新颖的逻辑门纳米电子元件

本节制备出了一种三段均由不同材料构成的半导体纳米线，即一维的双P-N异质结三段纳米线。由于这种别致的双P-N异质结纳米线在逻辑门应用上的多样化使得它很可能在某些逻辑开关中表现出不寻常的作用。

P-N异质结逻辑门设计与应用优化

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