EPP纳米线逻辑门简介与应用

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.46显示的是EPP纳米线通过FIB方法制得的EPP纳米线器件的SEM图像。随后对EPP纳米线的其中两段的电学性质进行研究。经过进一步研究发现，这种轴向EPP双P-N异质结三段纳米线的特异的电学性质恰好与逻辑门中的二输入或门表现出同样的现象。图4.47EPP杂化纳米线逻辑门（见彩图）EPP纳米线用作2输入或门；标准的2输入或门符号；EPP纳米线用作2输入或门的电信号输入输出曲线；EPP纳米线用作2输入或门的输入输出数值

图4.46（a）显示的是EPP纳米线通过FIB方法制得的EPP纳米线器件的SEM图像。从这张图中可以清晰地看到，PEDOT部分定义为（1），PbS部分定义为（2），PPy部分定义为（3）。随后对EPP纳米线的其中两段的电学性质进行研究。其中，PEDOT/PbS P-N异质结纳米线表现出明显的二极管整流性质，如图4.46（b）所示。在正偏电压下，电流随着偏压的增加而明显增大，并且看到开启电压大于5 V。在反偏电压下，电流从N型的PbS部分穿过P-N结达到P型的PEDOT部分非常微小而接近零，通过计算得到PbS/PEDOT P-N异质结纳米线的整流比大约是289.1（± 15 V），与此同时电流最大可以达到27 μA（15 V）。另外，PbS/PPy P-N异质结纳米线同样也具有二极管整流性质（图4.46（c）），其整流比约为113.3（± 15 V），而通过PbS/PPy P-N异质结纳米线的电流最大可以达到70 μA（15 V）。最后，对于（1）端和（3）端而言，电流若想从（1）或（3）达到另一端，必须穿越两个反相连接的P-N结，而在P-N结中，电流总是从P型材料流向N型材料，所以（1）与（3）之间必然是不导通的，其I-V曲线如图4.46（d）所示。正负向偏压下电流基本为0。经过进一步研究发现，这种轴向EPP双P-N异质结三段纳米线的特异的电学性质恰好与逻辑门中的二输入或门表现出同样的现象。将PEDOT（1）部分定义为A，PPy（3）部分定义B，最后将中间的无机半导体PbS（2）部分定义为F，正如图4.47（a）所示。其中，A和B端为输入端，F为输出端。

图4.45　EPP异质结纳米线的微观形貌表征

（a）单根EPP异质结纳米线的TEM图像（其中的插图是两个P-N异质结的放大倍率TEM图像）；（b），（c）两个P-N结（PEDOT-PbS和PbS-PPy）附近的高分辨率TEM图像；（d）～（f）EPP纳米线上PEDOT、PPy和PbS三部分的SAED图像

图4.46　EPP杂化纳米线器件及其电学性能测试

（a）通过FIB技术制得的EPP杂化纳米线上的三个Pt电极，分别与EPP杂化纳米线上的三组分连接；（b）～（d）PEDOT-PbS、PbS-PPy以及PEDOT-PPy任意两端之间的 I-V曲线

首先，可以设定15 V的输入电压为HIGH，这个数值明显高于二极管的开启电压，在这里，只需要定义输入电压高于开启电压（5 V），同时，其处于测试电压范围内（±15 V），就可以定义输入值为1（HIGH）。与之类似，设定输入电压在-15 V到0 V之间的电压值均为LOW输入值，即输入为0（LOW）。通过测试，输出曲线与输出数值详见图4.47（c）和4.47（d），当且仅当两端（A端和B端）输入同时为零（LOW）时，输出才为0（LOW）。如果有一端或两端输入是1（HIGH），则其输出即为1（HIGH），信号输出表现出典型的逻辑或门输出现象，因此EPP纳米线明显是一个二输入或门（OR2门标准图如图4.47（b）所示）。二输入或门是最简单的一种逻辑门，可以广泛地用于逻辑电路中。

图4.47　EPP杂化纳米线逻辑门（见彩图）

（a）EPP纳米线用作2输入或门；（b）标准的2输入或门符号；（c）EPP纳米线用作2输入或门的电信号输入输出曲线；（d）EPP纳米线用作2输入或门的输入输出数值

EPP纳米线逻辑门简介与应用

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