金屬-分子-金屬結(jié)的構(gòu)筑及其MCBJ-SERS聯(lián)用表征法.pdf

1、本論文主要針對當(dāng)前分子電子學(xué)研究中的二個(gè)關(guān)鍵性問題開展方法學(xué)研究，一是如何將目標(biāo)分子與宏觀世界可靠的連接，即在芯片上形成金屬電極/目標(biāo)分子/金屬電極組成的分子結(jié)；二是如何對分子結(jié)的電學(xué)性質(zhì)與化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)研究。迄今為止，有關(guān)分子結(jié)中的電子傳輸過程和詳細(xì)機(jī)理仍不清楚，甚至存在著較多互相矛盾的解釋。因此，亟待發(fā)展可構(gòu)筑分子結(jié)和在分子水平上表征其結(jié)構(gòu)特征的各種新方法。在本論文工作中，我們通過結(jié)合機(jī)械可控裂結(jié)法(MCBJ)和表面增強(qiáng)拉曼光譜(

2、SERS)的各自優(yōu)勢，成功構(gòu)筑了多種分子的金屬/分子/金屬結(jié)的結(jié)構(gòu)，并通過I/V、G/V特性曲線、電導(dǎo)統(tǒng)計(jì)圖和拉曼光譜等測量手段對分子結(jié)進(jìn)行了表征。我們所提出和建立的MCBJ-SERS聯(lián)用方法可以同時(shí)檢測分子結(jié)的電學(xué)和譜學(xué)信息，提供了研究分子結(jié)中的電子傳輸過程和機(jī)制的手段。本論文在以下四個(gè)層次逐步開展研究，并獲得如下主要研究成果： (1)利用傳統(tǒng)光刻技術(shù)，并使用了SiO2和PI兩種不同的犧牲層，在Si和Cu基底上加工制備了間距為

3、2μm的金屬電極對。還初步嘗試了使用傳統(tǒng)光刻和電子束光刻結(jié)合的混合曝光技術(shù)，以直接制備納米尺度間隔的金屬電極對。 (2)基于本組發(fā)展的微芯片上制備納米間隔電極對方法，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，系統(tǒng)研究和分析電沉積過程，可制備獲得電極表面平滑、致密的鍍層，明顯提高制備納米間隔的成功率。同時(shí)開展電遷移、電捕捉等方法的嘗試性研究。 (3)自行搭建了機(jī)械可控裂結(jié)法(MCBJ)系統(tǒng)，可精確、連續(xù)地調(diào)控芯片上的金屬電極對納米間隔寬度；通過濕

4、法刻蝕懸空電極對，顯著提高了MCBJ實(shí)驗(yàn)的成功率和芯片的使用壽命。成功構(gòu)筑了BDT、Bipy、苯乙炔類分子和二茂鐵類分子等的分子結(jié)結(jié)構(gòu)，并對其電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。 (4)搭建了可實(shí)時(shí)表征分子結(jié)的MCBJ和SERS聯(lián)用實(shí)驗(yàn)裝置，該聯(lián)用新方法可同時(shí)檢測分子結(jié)的電學(xué)和譜學(xué)信息。結(jié)合FDTD理論計(jì)算，研究了金屬電極對納米間隔中分子的SERS強(qiáng)度和間隔寬度以及入射激光偏振方向等的關(guān)系；并初步研究了各種分子結(jié)在偏壓控制下的SERS行為。該法還