室温下金属Al、Au纳米膜与硅基片相互作用及膜光、电特性研究

摘要

利用直流溅射、气象沉积等物理方法在具有表面纳米结构的硅基片上沉积生长具有纳米颗粒堆积成的具有不连续结构的薄膜。对不同薄膜厚度的样品进行多次I-V特性测量表明:样品的电阻率和膜厚具有强相关性，随着薄膜厚度的减小，纳米金属薄膜的电阻率增大，且电阻率出现非线性，在薄膜膜厚减小至10nm附近时，I-V曲线会出现明显的台阶现象。利用库仑阻塞理论和量子散射理论对薄膜导电性质建立了模型并模拟计算了常温下薄膜的非线性导电特性，电流范围在0至1.5×10-5A，实验结果与计算结果相吻合，表明I-V曲线中的非线性和台阶现象是电子受到薄膜金颗粒之间势垒作用所致的。 随着薄膜材料的研究与发展以及现代微机械工艺加工技术革新，纳米金属Au、Al薄膜特殊的光学、电学性质的研究引起了我们的关注。本文利用水热釜腐蚀法和电化学腐蚀法制备不同类型硅基片衬底的工艺及其表面结构的表征，选出了具有合适衬底结构的制备工艺，讨论了在不同表面形貌衬底制备纳米Au、Al薄膜工艺，观察分析了其表面结构。 对不同表面结构，不同厚度的纳米金属薄膜的导电性进行了测试，结果表明薄膜的电阻率和I-V曲线与薄膜的厚度及其表面结构密切相关。 基于纳米金属团簇结构中的量子散射效应与库仑阻塞效应作用，低维纳米金属薄膜伏安特性曲线出现了非线性现象。 在纳米金属薄膜的光学研究方面发现在薄膜厚度小3nm的纳米金属薄膜能够测试到微弱的荧光现象，这一现象与纳米金属薄膜导电性的非线性特性相互佐证了低维纳米金属薄膜是由不连续的纳米金属颗粒组成的。 随着薄膜材料尺寸的不断减小，电子在薄膜表面传输时，库仑阻塞效应及散射效应致使薄膜出现了新的光、电特性有着非常广阔的研究前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米技术工艺发展

1．2 论文选题的目的和意义

1．2．1 本文的研究目的

1．2．2 本文的创新点

1．3 本章小结

第二章 硅基片与薄膜的相互作用

2．1 简介

2．2 实验原料与仪器

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．3 纳米硅衬底的制备

2．3．1 表面环岛状结构硅衬底

2．3．2 表面多孔状结构硅衬底

2．4 纳米硅衬底的表面结构

2．4．1 环岛状结构硅衬底的表面形貌

2．4．2 多孔状结构硅衬底的表面形貌

2．5 纳米金属薄膜的制备及表征

2．5．1 不同表面结构衬底与纳米金(Au)膜的相互作用

2．5．2 不同衬底上纳米铝(Al)膜的制备及表征

2．6 本章小结

第三章 电子在薄膜中的传输特征

3．1 测试方法简述

3．2 金(Au)膜中电子的传输特征

3．2．1 环岛状结构纳米Au膜导电性测试

3．2．2 多孔结构衬底纳米Au膜导电性测试

3．3 铝(Al)膜导电子的传输特征

3．3．1 环岛状结构纳米Al膜导电性测试

3．3．2 多孔结构衬底纳米Al膜导电性测试

3．4 本章小结

第四章 纳米Au膜电子传输理论模拟

4．1 纳米Au膜电子传输特征简述

4．2 电阻率与尺寸

4．2．1 准经典近似条件

4．2．2 金属薄膜电阻率

4．3 二维模型的模拟计算

4．3．1 多重N方势垒模型

4．3．2 Matlab软件程序

4．3．3 Matlab软件模拟结果及讨论

4．4 薄膜中电子的相互作用

4．4．1 库仑阻塞效应

4．4．2 量子岛模型

4．4．3 薄膜导电性理论计算

4．4．4 薄膜导电特性讨论分析

4．5 本章小结

第五章 多层纳米Au／DPO薄膜荧光特性

5．1 纳米Au薄膜荧光特性简述

5．2 实验

5．3 纳米Au／DPO多层膜荧光性测试结果及分析

5．3．1 Au层与DPO层的相互作用

5．3．2 不同多层薄膜的紫外荧光测试

5．3．3 不同多层薄膜的表面表征

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师简介

作者简介