電子元器件的多功能化是應(yīng)用電子技術(shù)發(fā)展的重要趨勢，因而非硅基材料越來越受到研究人員的重視。其中，由于小尺寸效應(yīng)其性質(zhì)有別于本體材料的納米顆粒是一個最典型的研究對象。采用半導(dǎo)體量子點構(gòu)建的太陽能電池的效率已經(jīng)有了大幅度的提升，晶體管的加工性能也得到了極大的改善，光電探測器的靈敏度至今還未被超越。金屬納米顆粒由于其優(yōu)異的光學(xué)和催化等特性在等離激子學(xué)與能量轉(zhuǎn)換等方面同樣取得了巨大的進展。然而，受限于室溫下的電學(xué)性質(zhì)，采用金屬納米顆粒構(gòu)建電子元器件仍然極具挑戰(zhàn)。
近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員鄢勇與韓國蔚山科技大學(xué)（UNIST）教授Bartosz Grzybowski、北卡教堂山分校（UNC）教授Scott Warren等人合作，從傳統(tǒng)的半導(dǎo)體pn結(jié)中得到啟發(fā)，采用帶電的配體分子修飾的金納米顆粒，實現(xiàn)了金屬納米顆粒二極管的構(gòu)筑。該二極管采用與pn結(jié)類似的雙層結(jié)構(gòu)，其中一層金納米顆粒帶正電，另外一層帶負電。兩層金納米顆粒薄膜接觸形成一個新的界面，在界面處顆粒中可遷移的對離子由于濃度梯度在熵驅(qū)動下相互擴散，從而在界面處建立內(nèi)建電場，并調(diào)控電子的不對稱輸運。
另外，采用適當(dāng)?shù)呐潴w分子修飾，這些金納米顆?？梢灾苽涑筛鞣N傳感器件用于監(jiān)測環(huán)境變化，例如濕度、氣體以及金屬離子等。同時，將傳感器件與各種電子元器件集成，實現(xiàn)了環(huán)境變化信號的采集、處理和報告。采用金屬納米顆粒實現(xiàn)了電學(xué)信號與化學(xué)傳感信號的有機結(jié)合，因此，研究人員將其命名為“chemoelectronic”。該工作為新原理電子器件的設(shè)計開發(fā)以及電子器件的功能化提供了一些思路，也豐富了電子器件材料的可選性。
