NEMS传感器的研制与应用PDF电子书下载

1 NEMS传感器的结构及加工工艺设计 1

1.1 NEMS传感器的敏感元件：一维纳米材料 1

1.1.1 纳米管、纳米线、纳米带 1

1.1.1.1 碳纳米管 1

1.1.1.2 纳米线 2

1.1.1.3 纳米带 2

1.1.2 一维纳米材料的机电性能 2

1.2 基于一维纳米材料的NEMS生物传感器设计 3

1.2.1 NEMS传感器系统设计 3

1.2.2 传感器加工工艺 4

1.2.3 传感器测试方案 4

1.2.3.1 扫描电镜测试 4

1.2.3.2 器件的电特性测试 4

1.2.3.3 生物检测实验 5

2 基于一维纳米材料的NEMS传感器研究进展 6

2.1 碳纳米管原位生长 6

2.2 碳纳米管生长后组装 9

2.3 碳纳米管的多层结构制造 16

2.4 NEMS器件的电学特性研究进展 18

2.5 基于一维纳米材料NEMS器件制备方法的研究意义 23

3 面向NEMS器件的一维纳米结构流体组装 24

3.1 碳纳米管悬浮液的配制 24

3.2 组装碳纳米管的基片修饰与选择 25

3.2.1 基片修饰预处理 25

3.2.2 基片选择 27

3.3 流体定向组装碳纳米管 27

3.3.1 流体定向组装原理 27

3.3.2 流体组装实验装置设计 28

3.3.3 流体组装仿真计算 29

3.3.3.1 计算模型 29

3.3.3.2 仿真计算结果 31

3.3.4 流体组装实验 32

3.3.4.1 碳纳米管流体组装实验 32

3.3.4.2 其他一维纳米材料流体组装实验 34

3.4 碳纳米管方向一致性评价 36

3.5 本章小结 38

4 面向NEMS器件的一维纳米结构介电电泳组装 40

4.1 介电电泳组装概述 40

4.2 碳纳米管的介电电泳排列组装 42

4.2.1 介电电泳场强分布仿真 42

4.2.2 介电电泳实验 45

4.2.3 介电电泳组装的影响因素分析 46

4.2.3.1 电极宽度 47

4.2.3.2 电泳时间 48

4.2.3.3 电场模式 48

4.2.4 其他一维纳米材料的介电电泳组装 49

4.2.4.1 单壁碳纳米管 49

4.2.4.2 碳纳米纤维 50

4.2.4.3 Bi2S3半导体纳米线 51

4.3 碳纳米管的单层有序多层结构制备 51

4.3.1 介电电泳结合LBL组装方法 51

4.3.2 介电电泳与LBL组装实验 52

4.3.3 碳纳米管单层有序的纵向多层结构 52

4.4 流体与介电电泳结合排列组装碳纳米管 54

4.4.1 流体参数选择 54

4.4.2 电场参数选择 57

4.4.3 流体结合电泳组装与电泳组装和流体组装比较 59

4.5 本章小结 61

5 面向NEMS器件的电接触性能研究 62

5.1 电接触的理论分析 62

5.2 碳纳米管金属引线制作方法 64

5.3 金属电极上沉积碳纳米管的接触特性研究 65

5.3.1 振动破坏实验验证接触可靠性 65

5.3.1.1 振动实验装置 65

5.3.1.2 加速度1～10g垂直方向振动对接触的影响 65

5.3.1.3 加速度大于10g的振动对接触的影响 67

5.3.2 高温退火改善接触研究 69

5.3.2.1 高温退火实验 69

5.3.2.2 实验结果分析 71

5.4 图形化金属包覆碳纳米管的引线接触研究 73

5.4.1 金属选择 73

5.4.2 金属引线电极制作 75

5.4.2.1 电极图形及工艺设计 75

5.4.2.2 金属腐蚀 77

5.4.2.3 接触状态比较 78

5.5 本章小结 79

6 NEMS传感器在空气环境检测中的应用 80

6.1 NEMS传感器应用于空气环境检测的研究进展 80

6.2 以硅纳米线为敏感元件的NEMS传感器 86

6.2.1 敏感元件 86

6.2.1.1 硅纳米线制备 86

6.2.1.2 硅纳米线的表面修饰 87

6.2.2 传感器结构 88

6.2.3 基于场效应晶体管结构的纳米线传感器检测原理 89

6.3 空气微生物检测系统 90

6.3.1 气溶胶发生装置 90

6.3.2 气溶胶样品采集 91

6.3.2.1 气溶胶静电采样原理 91

6.3.2.2 气溶胶采样器结构 93

6.3.2.3 采样器电场分布计算 95

6.3.2.4 采样器的物理采集效率实验分析 96

6.3.2.5 NEMS传感器检测用样品的输运 96

6.3.3 信号处理及显示装置 97

6.4 采用NEMS传感器检测实验 99

7 NEMS传感器的发展趋势及应用前景展望 100

7.1 NEMS传感器研究的发展趋势 100

7.1.1 纳米材料的制备及性能研究 100

7.1.2 器件的结构研究 101

7.1.3 器件的加工工艺 102

7.2 NEMS传感器的应用前景展望 102

参考文献 103

后记 110