"Si-CH=CH-(C6H4)n-CH=CH-Si纳米线"对称异质结的导电性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21203010
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0201.基础理论与表征方法
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

This proposal aims at fabricating Si-CH=CH-(C6H4)n-CH=CH-SiNW (silicon nanowire) symmetric junctions via two-step thermal hydrosilylation, and studying electron transport through the junctions..In molecular electronics, a basic unit consists of single or an assembly of molecules attaching to two electrodes at their both two ends simultaneously, for studying electron transport from one electrode to another through molecules. Au-S covalent bonds can be created spontaneously, hence are widely adopted to function as alligator clips for generating Au-S-molecules-S-Au symmetric junctions. However, it has been reported that Au-S contacts don't have good mechanical stability and electrical reliability, and have high contact resistance to shield the electronic contribution of molecules. Alternatively, having a higher bonding energy than Au-S, Si-C covalent bonds may improve mechanical and electrical stability, and reduce contact resistance ascribed to the natural continuity from the C-based molecules. Hence it is desired to fabricate Si-C-molecules-C-Si symmetric junctions, in which Si-C replaces Au-S as the alligator clip. However, the recent development of nano engineering limits the generation to Si-C-molecules-metal asymmetric junctions, in which high resistance at the molecules-metal contacts and the "diode" effect derived from the asymmetric structure may mask the electronic signatures of molecules. .This project first proposes to replace the metal electrode in the asymmetric junctions with a SiNW, and create a conjugated junction Si-CH=CH-(C6H4)n-CH=CH-SiNW symmetrically anchored by Si-C bonds. The symmetric junctions are generated in two steps: immobilize the molecule HC≡C-(C6H4)n-C≡CH onto a Si wafer to generate Si-CH=CH-(C6H4)n-C≡CH semi-junctions, and then graft SiNWs onto the free ends (C≡C) of the semi-junctions to create the symmetric junctions. Both two immobilizations are carried out by thermal hydrosilylation. Not only as an electrode, but also does a grafted SiNW act as a junction marker which can be readily located by a CAFM (conducting atomic force microscopy) tip for investigating charge transport through the symmetric junctions. It is elaborated how to reliably fabricate the junctions and evaluate molecular conductance, with consideration of the inevitable silicon oxidation and unpredictable contact/molecular configurations in the junctions. The mechanism of charge transport will be explored with applied bias, molecular length (n:1-3) and temperature..We believe that the success of this project will provide a novel, reliable strategy to study molecular electronics without electrical and mechanical perturbation from the electrode-molecules contacts, potentially open a new door to hybridize molecular electronics with the mature silicon-based manufacturing technology, and promote mass production.
分子电子学主要研究"电极-分子-电极"异质结对电荷传输的调控,实现电子器件的分子/纳米尺度微型化,从物理极限上提高器件集成度和运算能力。目前广泛使用Au-S键作为将分子与电极相链接的"鳄鱼夹",但其缺点是机械稳定性差、接触电阻高而且变化大。为了避免由Au-S键引起的这一系列问题,本项目使用Si-C共价键作为"鳄鱼夹",发展一套可靠的制备研究方法,试图完善两步热化学氢化硅烷化反应制备"Si-CH=CH-(C6H4)n-CH=CH-Si纳米线"对称异质结,建立一种使用导电原子力显微镜(AFM)研究电荷在异质结中传输的方法,通过研究异质结电流密度与偏压、分子长度以及工作温度的关系,揭示电子传输机理。该研究旨在为分子电子学发展新的Si-C键"鳄鱼夹",从而提高分子异质结的机械稳定性和工作可靠性,降低接触电阻,推动分子电子学与成熟硅工艺相结合,促进其今后的产业化发展。

结项摘要

分子电子学主要研究“电极-分子-电极”异质结的电荷传输,将电子器件缩小至分子或纳米尺度,最大程度的提高电子器件集成度及信息运算、存储、处理能力。目前广泛使用Au-S键作为将分子与电极相链接的“鳄鱼夹”,但会导致分子异质结的机械稳定性差、接触电阻高且变化大、电学性能不稳定。Si-C键具有比Au-S键更高的键能,可以增强分子异质结的机械和电学稳定性;Si-C键作为硅电极和分子的自然延续,将降低“鳄鱼夹”的接触电阻。因此本项目将Au-S替换成Si-C键,制备Si-C-分子-C-SiNW(硅纳米线)对称异质结,使用导电原子力显微镜(CAFM)研究对称异质结的电荷传输。.通过两步法制备对称异质结。第一步,使用氢化硅烷化反应将分子通过形成Si-C键固定在高掺杂Si片表面,形成“Si-C-分子”不对称异质结;第二步,再次使用氢化硅烷化将高掺杂SiNW通过Si-C键固定在不对称异质结的分子自由端,形成Si-C-分子-C-SiNW。分子包括1,4-diethynylbenzene(即DEBZ)和Octa-1,7-diene(即C8),分别使用水热和UV氢化硅烷化形成对称异质结。优化氢化硅烷化反应, 使得异质结中自组装分子排列紧密,从而充分抑制Si氧化,避免其影响分子异质结的电荷传输表征。.使用CAFM针尖接触异质结中的SiNW,施加偏压检测电流-偏压(I-V)曲线。 Si-C8-SiNW异质结具有正向整流效应,该整流效应随施加在SiNW上作用力的增加而增大。Si-DEBZ-SiNW没有正向整流效应,而随正负偏压变化呈现对称的I-V曲线。DEBZ较C8具有较高的单分子异质结电导。Si-DEBZ-SiNW异质结中具有“π-共轭”电子结构,较Si-C8-SiNW异质结的σ电子结构更容易导电,因此具有较高的电导。另外,“π-共轭”电子结构使得异质结中DEBZ形成致密的自组装分子结构,具有很高的异质结结构对称性,因此呈现对称的I-V曲线。相比之下,σ电子结构使得C8自组装膜结构比较松散,破坏了异质结的结构对称性,因此呈现不对称的正向整流效应。.本项目以高掺杂硅纳米线作为硅电极,使用氢化硅烷化法制备以Si-C键为“鳄鱼夹”、机械性能稳定、电学性能可靠的对称分子异质结;这将有助于将分子器件的制备与硅工艺相结合,有利于今后分子电子器件的大规模商品化生产。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Reducing the porosity and reflection loss of silicon nanowires by a sticky tape
通过胶带减少硅纳米线的孔隙率和反射损耗
  • DOI:
    10.1088/0957-4484/26/18/185601
  • 发表时间:
    2015-04
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Junjun Liu;Zhifeng Huang
  • 通讯作者:
    Zhifeng Huang
氟阴离子诱导的硅纳米线刻蚀:随掺杂度、表面晶面取向以及多孔度的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    J. Phys. Chem. C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu, Junjun;Huang, Zhifeng
  • 通讯作者:
    Huang, Zhifeng
Conjugated Grafting of 1,4-Diethynylbenzene on Mesoporous Silicon Nanowires by Modest Thermal Mono-silylation
通过适度热单甲硅烷化在介孔硅纳米线上共轭接枝 1,4-二乙炔基苯
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Science Letters Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Junjun Liu;Zhifeng Huang
  • 通讯作者:
    Zhifeng Huang

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Dramatic enhancement of enantiomer differentiation induced by chiral nanoplasmons
手性纳米等离子体诱导的对映异构体分化显着增强
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Science Advances Today
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fan Bai;Wai-Fung Lau;Lin Yang;V. A. L. Roy;黄陟峰
  • 通讯作者:
    黄陟峰

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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