中科院近代物理研究所材料研究中心与德国Juelich研究中心及美国南加州大学合作开展InSb半导体纳米线电学输运性质研究并取得新进展。

近物所材料研究中心科研人员多年来致力于金属和半导体纳米线的制备与性质研究，在纳米线光学性质研究、纳米线晶体结构调控、特殊结构与功能的纳米材料制备等方面均取得了一系列成果。

为系统研究单根InSb半导体纳米线的电学性质，科研人员把纳米线转移至SiO₂/Si基底，结合电子束光刻技术制备出纳米电极，利用四电极法测量InSb纳米线的场效应晶体管效应。通过在室温条件下对大量不同直径纳米线归一化电导的测量，明确了电子在InSb半导体纳米线中的传输模式为体电导方式，表面电导没有贡献。通过研究纳米线的电导温度特性，首次发现InSb纳米线在200K附近出现金属性质/半导体性质转变，其主要原因是由于在较高温区强的电子和声子散射使得纳米线表现为金属性质。通过改变InSb半导体纳米线的背栅电压和外加磁场，在低温条件下均观察到由于电子干涉而造成的普适电导涨落现象，即电导随着外加电场和外加磁场的改变而发生变化。通过计算不同温度下的平均电导涨落幅度，给出了电子的相关联长度随温度变化曲线，发现当温度低于1.9K时，其相关联长度达到100nm并趋于稳定。

该项目推进了一维纳米材料中电子干涉效应研究，在新一代半导体量子器件开发方面具有潜在应用价值。

以上工作得到了国家自然科学基金、中科院“西部之光”计划和甘肃省自然科学基金支持。

相关研究结果发表在Applied Physics Letters, 101, 082103 (2012)。

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图1 InSb纳米线电学输运性质研究示意图和扫描电镜照片

 

图2 InSb纳米线电导温度曲线

 图3 InSb纳米线普适电导涨落