英文原题：Selected-Area Fabrication of a Single-Walled Carbon Nanotube Schottky Junction with Tunable Gate Rectification（选区自由基反应制备单壁碳纳米管肖特基结）

作者：Ying Wang (王赢), Taibin Wang (汪泰滨)，Hongjie Zhang (张红杰),Dayan Liu (刘大燕),  Jinjie Qian (钱金杰), Ran Du (杜然), Hua Xu (徐华), Shuchen Zhang (张树辰), Zhi Yang (杨植), Qiuchen Zhao (赵秋辰), Yue Hu (胡悦)and Shaoming Huang (黄少铭)

通讯作者：胡悦、赵秋辰、黄少铭

第一通讯单位：温州大学

邮箱：yuehu@wzu.edu.cn 

单壁碳纳米管具有独特的电子结构和优越的性能，被认为是下一代纳电子学的理想材料之一。对于全碳器件来说，单壁碳纳米管肖特基结是必不可少的元件。肖特基结一般在金属-半导体界面形成肖特基势垒(即电子的势能势垒)，从而表现为二极管的特性。肖特基结可以作为各种电路的基本组成部分，例如整流器、场效应晶体管、透明导电薄膜、开关、光电器件。因此，如何开发一种低成本、高度可控的单壁碳纳米管分子内肖特基结制备方法是促进全碳基电子器件发展的关键。

为解决上述问题，温州大学胡悦特聘教授团队联合广东工业大学黄少铭教授与吉林大学赵秋辰教授，提出了一种选区自由基反应制备单壁碳纳米管肖特基结。如图1所示，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被用来旋涂在硅片表面，进而采用电子束光刻技术来暴露金属性单壁碳纳米管的部分区域。这部分的金属性单壁碳纳米管进行自由基反应从而转化为半导体性单壁碳纳米管，最后形成金属性-半导体性单壁碳纳米管肖特基结。

如图2所示，拉曼光谱很好的展示了金属性单壁碳纳米管区域性自由基反应的结果。研究人员还对暴露区域和掩盖区域的金属性单壁碳纳米管进行电学测试，发现暴露区域（参与自由基反应的部分）的金属性单壁碳纳米管转变为半导体性，而掩盖区域的金属性单壁碳纳米管（未参与自由基反应的部分）依旧表现为金属性（见图3）。该单壁碳纳米管肖特基结展现出很强的栅依赖整流行为以及高达962的整流比，并且其在源漏电压为1V 和-1V时展现出不同的导通率，证明了器件单向导通的性能。此外，栅极电压可以有效地将肖特基结一侧的半导体性单壁碳纳米管从p型掺杂转变为n型掺杂，从而产生反向的整流行为（见图4）。该方法为单壁碳纳米管肖特基结的设计和合成提供了一条全新的道路，这对未来碳基纳米电子器件的应用具有重大的意义。

              图1. 选区自由基反应制备单壁碳纳米管肖特基结的示意图。

图2. (a)  单根金属性单壁碳纳米管在硅片表面的光学显微镜图像。插图是单壁碳纳米管的SEM图像。注:虚线为模拟单壁碳纳米管的位置；(b)  旋涂PMMA的单根金属性单壁碳纳米管的SEM图像。注:虚线为模拟单壁碳纳米管的位置；(c) 苯基化后532 nm激发的单壁碳纳米管拉曼光谱。(d)苯基化后金属性单壁碳纳米管的G和D峰的拉曼mapping(532 nm激发)。

图3. (a, b) 单根的单壁碳纳米管FET器件的SEM图像。(c, d) 在V_ds = 1 V时，1-2和3-4源漏电极的I_ds-V_g曲线。插图是1-2和3-4源漏电极沟道内单壁碳纳米管的拉曼光谱。

图4. (a, b)苯化前后2-3源漏电极的I_ds-V_g曲线。(c) 2-3源漏电极在V_ds = 1 V和V_ds = -1 V的I_ds-V_g曲线。(d) 不同V_g所对应的整流比。(e)不同V_g下肖特基结的整流行为。(f)不同Vg肖特基结处的能带示意图。

这一成果近期发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 上，温州大学研究生王赢和汪泰滨为文章的第一作者，胡悦、赵秋辰、黄少铭为通讯作者。

J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 7541−7546

Publication Date: August 8, 2022

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c02117