奈米碳管之导电性与导电路径

关于奈米碳管之导电性与导电路径第1页，课件共76页，创作于2023年2月共軛結構–C=C-C=2D-view(骨架式)第2页，课件共76页，创作于2023年2月-電子之共振結構第3页，课件共76页，创作于2023年2月Isotropicconduction-electron第4页，课件共76页，创作于2023年2月捲成管狀後isotropicconduction仍然維持第5页，课件共76页，创作于2023年2月3D-view-bond(sp2)-Wavefunction(electroncloud)-bond-wavefunction價電子雲位於二個碳原子間,導電之電子雲位於上下二處骨架式第6页，课件共76页，创作于2023年2月120e-e--電子可於圓形3D空間內運行第7页，课件共76页，创作于2023年2月-電子雲重疊,造成電子可於電子雲中自由穿梭,形成導電路徑如果重疊區域少,電子需藉由hopping(或是tunneling)方能穿梭電阻小電阻大第8页，课件共76页，创作于2023年2月六連環俯視圖側視圖骨架+電子雲(形成3Dview)電子可視為電子波,故具備向量性質而空間中向量可分成三個分量,x,y,zxyz也就是說電子可延三個方向前進第9页，课件共76页，创作于2023年2月1Åz由於波函數(wavefunction)沿z軸方向只延伸約1Å距離,故電子波向量沿z軸方向受限制.但沿x,y軸方向不受限制xy第10页，课件共76页，创作于2023年2月xyxy無外加電場沿管軸方向外加電場時Espiralconduction第11页，课件共76页，创作于2023年2月2D:isotropicconduction(骨架式共軛結構)碳管之導電路徑3D:alongx(circumference)andy(tubeaxial)axesconductionwithoutexternalelectricfield3D:spiralconductionoccurswhenexternalelectricfieldisapplied第12页，课件共76页，创作于2023年2月電子雲于碳管表面第13页，课件共76页，创作于2023年2月StandingwavepatternWavefunctionimageSTMimages第14页，课件共76页，创作于2023年2月碳管之能帶結構第15页，课件共76页，创作于2023年2月石墨晶格1stBrillourinzone第16页，课件共76页，创作于2023年2月CBVB6k-points平面圖3D-view第17页，课件共76页，创作于2023年2月能量最大第18页，课件共76页，创作于2023年2月CBjoinswithVBatk-pointsk-pointVBCBEFAbovemeansthatifanysub-bandscrossatk-pointswouldbemetallicnatureotherwisetubeisasemiconductingproperty.第19页，课件共76页，创作于2023年2月Oneatomoneenergylevel(sub-band)withunpairedelectronTwoatomstwoenergylevelswithonebondingandoneanti-bondingbondinganti-bondingThreeatomsthreeenergylevelswithonebonding,oneanti-bondingandoneunpairedelectronEachsub-bandhasownvelocityandwavevectorIfanyofthesevectorscrossatk-pointsorinterceptEFthenanotubewouldbeametallicnature.第20页，课件共76页，创作于2023年2月MetallicnatureWavevector第21页，课件共76页，创作于2023年2月Band-gap第22页，课件共76页，创作于2023年2月第23页，课件共76页，创作于2023年2月wherea1anda2areunitvectors,andnandmareintegers.Ananotubeconstructedinthiswayiscalledan(n,m)nanotubeChiralvector=Ch=na1+ma2第24页，课件共76页，创作于2023年2月第25页，课件共76页，创作于2023年2月d=(3)1/2aC-C(m2+mn+n2)1/2/)WhereaC-C=1.42Å:thenearestneighborcarbon-carbondistance=tan-1[(3)1/2n/(2m+n)]Example:forzigzagtubewhen=0with(n,0)=(9,0),d=7.05Åforarmchairtube,(n,n)=(5,5),d=6.83Å第26页，课件共76页，创作于2023年2月zigzagedgearmchair30:Semiconducting:metallic(0,0)(1,0)(2,0)(3,0)(4,0)(1,1)(2,2)(3,3)(2,1)(3,1)(4,1)mn(n,m)notation(3,2)(n,0):zigzagtubes(n,n):armchairtubes(n,m):chiraltubes2n+m=3q;(q:integer)第27页，课件共76页，创作于2023年2月為何文獻總是說碳管之電性取決於管徑(tubediameter)

與螺旋性(chirality)波向量隨直徑變化而位移第28页，课件共76页，创作于2023年2月=15=25DeterminationbytubeChirality波向量隨管之螺旋性而變化第29页，课件共76页，创作于2023年2月文獻說不論直徑為何只要nanotubes是armchairedge均是metallicnature(nobandgap)因為波向量永遠座落於k-points上且此六邊形對稱不隨管直徑而變化第30页，课件共76页，创作于2023年2月文獻說zigzagnanotube有三分之一會是metallictube,三分之二是semiconductor第31页，课件共76页，创作于2023年2月BentNanotube-Nano-SchottkybarrierarmchairzigzagM1/3M,2/3S假設為S-M(機率大),此結構具整流效應,也就是說電流只能由M流向S無法回流第32页，课件共76页，创作于2023年2月第33页，课件共76页，创作于2023年2月第34页，课件共76页，创作于2023年2月第35页，课件共76页，创作于2023年2月zigzagarmchair第36页，课件共76页，创作于2023年2月第37页，课件共76页，创作于2023年2月STMtip第38页，课件共76页，创作于2023年2月STMTIPLocalizedstate(localSchottkydevice)波向量在六連環結構上可來回波向量不可逆第39页，课件共76页，创作于2023年2月SciencebyC.M.Leiberetal第40页，课件共76页，创作于2023年2月多層碳管之導電路徑為那一層---每層均可導電,但一般是最外層,因為只有最外層與金屬電極接觸(注意:電子不可能跳躍層與層之間距離而由內層跳至外層OutermostlayerInnermostlayer電極e-e-e-第41页，课件共76页，创作于2023年2月前述碳管電性取決於直徑與螺旋性,因此多壁碳管有可能是每層電性不同.MSScience,292,706,2001RemovalofcarbonlayersbyElectricalbreakdown第42页，课件共76页，创作于2023年2月MS第43页，课件共76页，创作于2023年2月Contributiontototalconductancefromindividuallayers第44页，课件共76页，创作于2023年2月Carbonnanotubescancarryelectricalcurrentupto109A/cm2Sohowtoremovecarbonlayersinavacuumviaelectricalbreakdown?CurrentinduceddefectformationSelf-heatingDefectextensionRemovalofcarbonlayerontheorderofms第45页，课件共76页，创作于2023年2月1.AlternativeelectronicpropertyofMWNTs,M-S-M-S2.Removalofeachlayerreducescurrentof19A.3.AMWNTconductselectricalcurrentonlyatouter-layerwheretheycontactwithelectrodes.Nevertheless,whenMWNTsaremodulatedathigherbiasvoltagetheinner-layersalsocontributetonanotubeconductanceviainter-layerbarriers(thermallyactivatedconduction).Summaries4.Innerlayersonlycontributelimitedlytonanotubeconductance,becausetheyhavetoovercomeinterlayerbarriersof0.34nmspacing.第46页，课件共76页，创作于2023年2月早期量測單根多壁碳管1.J.Vac.Sci.Tech.B,13,327,1995,byRiveraetal(STM)2.Syn.Metals.70,1393,1995,byLangeretal(STM+lithographictech)3.Nature,382,54,1996,byEbbesenetal(fourterminal+lithographictech)4.Science,272,523,1996,byDaietal(fourterminal+lithographictech)第47页，课件共76页，创作于2023年2月TwoterminalmethodFourterminalmethod第48页，课件共76页，创作于2023年2月1.Averagedresistivityofnanotubetubeis10-4~10-5

m.(arcmade)

2.Resistivityofmetallicnanotubesis10-6m.(arcmade)

3.Resistivityofdefectivecarbonnanotubesis10-2~10-3

m.(pyrolysismade)4.Bandgapofsemiconductingnanotubesis0.1–2eV,andisthermallyactivatedtype(negativetempcoefficientofresistivity),alsoisgatevoltagedependentconductance.5.Metallicnanotubesaregatevoltageindependentandpositivetempcoefficientofresistivity.Summariesofnanotuberesistivitymeasurements第49页，课件共76页，创作于2023年2月Temp(k)RPositivetempcoefficientofresistivityNegativetempcoefficientofresistivity第50页，课件共76页，创作于2023年2月VGdI/dV(G)VGindependentVGdependentVGdependent第51页，课件共76页，创作于2023年2月llByBaumgartneretal,PRB,55,6704,1997ResistivityofCNTfilms第52页，课件共76页，创作于2023年2月e-hopping第53页，课件共76页，创作于2023年2月第54页，课件共76页，创作于2023年2月ResistivityofCNT-polymercompositesCNTspolymer第55页，课件共76页，创作于2023年2月electrodesLowcontentofCNTinpolymera.Primarycapacitivephaseb.Highresistancec.Noconductionpathsbetweenelectrodes2.CNTloadincreases

a.capacitancedecreasesb.Resistancedecreasec.conductionpathsbeginstoestablish3.HighCNTload

a.Lowcapacitanceb.Lowresistancec.Conductionpathformation

第56页，课件共76页，创作于2023年2月CNTloadRElectricalthresholdAdv.Mater,10,1091,1998第57页，课件共76页，创作于2023年2月Adv.Mater,11,937,1999第58页，课件共76页，创作于2023年2月TechnicalchallengesforCNTsinpolymer2.InterfacialbindingbetweenCNTsandpolymers1.DispersionofCNTsinpolymersUnevendistributionofCNTsCNTenrichedregionsCNTdeficitregions第59页，课件共76页，创作于2023年2月DispersionofCNTsinpolymers1.Lengthymechanicalblending,(ultra-sonicate,magneticstirring)2.Surfactantassistant(loweringinterfacialstrength,soCNTsmoveeasilyinpolymersolution)surfactant第60页，课件共76页，创作于2023年2月CNTenrichedregionCNTdeficitregionsChem.Mater,12,1049,2000第61页，课件共76页，创作于2023年2月InterfacialbindingbetweenCNTsandpolymersCarbon,40,1605,2002第62页，课件共76页，创作于2023年2月第63页，课件共76页，创作于2023年2月Negativereinforcement第64页，课件共76页，创作于2023