基于纳米碳管的单分子有机晶体管

单分子有机效应晶体管具有溶液可处理性，重量轻，能大面积处理，低成本，有弹性，高载流子迁移率，装置速度快等优点。有可能在未来的集成电路中做基本的建筑单元。亚10 nm单分子有机场效应晶体管近年来取得了很大的进展。但通常的金属电极在这样一个尺度会对门电势产生很大的屏蔽从而大大降低了晶体管的开关比。解决的办法之一是使用准一维的纳米碳管做电极，但纳米碳管与散射分子间存在较大的接触电阻，使得开态电流比较小。而开态电流的大小决定装置的切换速度。6163银河线路检测中心吕劲高政祥老师指导博士生李鸿等，提出用单根金属纳米碳管把中间部分进行化学修饰，而把未修饰部分做电极构成单分子晶体管。化学修饰会引发金属半导体转变，从而造成了一个半导体得沟道。由于金属碳管电极与化学修饰的管之间是无缝连接，接触电阻被最小化，这样的单分子晶体管可同时具有高的开关比与开态电流。输运模拟显示这样的单分子晶体管总体性质显著优于目前可得的有机分子晶体管。研究作发表在J. Phys. Chem. C 114, 15816 (2010)上后被国际著名的Nature出版集团的子刊Nature Asia Materials（doi:10.1038/asiamat.2011.5）选为研究亮点以Single-molecule devices: Nanotubes make the switch为题目进行了专门报道。

纳米碳管单分子晶体管模型和转移曲线。在甲基修饰的情况下，2 nm的短沟道获得的开关比可达106，比目前分子器件实验值大3个数量级。开态电导为20 μS，比目前的实验值大2-3个数量级。

该研究工作得到介观物理国家重点实验室，自然科学基金，和科技部重大研究计划支持。