基于纳米热焊接技术的一维纳米材料的操纵及电学特性原位测量

测量一维纳米材料的电学特性，一般需加工微纳电极，工艺复杂且成本高。原位测量法具有简单、直观、高效和低成本等优点，但在原位测量过程中如何操纵一维纳米材料并解决与金属探针的非欧姆接触问题是目前的关键难点。为此，本项目利用基于扫描电子显微镜的原位纳米操纵系统，向两种不同熔点的金属探针组成的闭合回路施加脉冲电压，造成低熔点探针针尖的瞬间融化，实现与一维纳米材料的原位焊接。该纳米热焊接技术不但提高了对一维纳米材料的原位操纵能力（如可以从纳米线簇中选择性的获取单根纳米线），而且能利用瞬间产生的焦耳热有效清除探针针尖和材料表面污染物，实现探针与材料的欧姆接触。以Ag、Te、Si、ZnO、TiO2、Ag2Te、AgInS2等纳米线为研究对象，构建电学特性原位测量体系，进一步验证该焊接技术的可靠性和有效性，建立一套完整的一维纳米材料电学特性原位测量新方法。

基于扫描电子显微镜（SEM）的原位纳米操纵系统在纳米科学与技术研究领域有重要的应用，比如能原位测量一维纳米材料的场电子发射和电子传输性能。本项目发展了一种焦耳热焊接方法，能在SEM中对碳纳米管、金属或半导体一维纳米材料与探针针尖进行焊接，从而提高了对目标纳米材料的操纵能力。该技术能应用于构建各种微纳结构电子器件。本项目还发展了一些新型四元半导体纳米材料（Cu-In-Zn-S纳米带、AgInZn7S9纳米线和Cu2InSnS4纳米晶）的制备方法，这些材料在微纳电子、光电子器件领域有重要的应用前景。更重要的是，本项目在利用该系统对某些半导体纳米材料（特别是II-VI族半导体）进行原位电子传输性能测量过程中，发现电子束对材料性能有巨大影响。在SEM中，材料被电子束辐照后，其电导率得到大幅度永久性提高，且光电性能也得到改变。这一发现，将促使我们重新认识低能电子束（<30 keV）对半导体纳米材料电子结构的影响，从而在利用该系统在进行某些基础研究（如原位测量半导体纳米材料的场电子发射、电子输运、光电性能等）时，必须考虑“电子束辐照”这个重要因素的影响。