[发明专利]一种纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜中纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方 法，属于纳米/微米材料性能原位检测领域。

背景技术

实现对单个纳米/微米结构的操纵和原位性能测量，是一直以来纳米/微米材料 以及基于这些材料的新型器件研究的瓶颈性关键科学技术问题。一维纳米/微米材料 作为微纳机电系统中的基本功能单元，充分理解单根一维纳米/微米材料的电学性 能、力学性能和力电耦合性能是设计新型纳米/微米功能器件的前提。目前对于单个 一维纳米/微米材料在弯曲下的力电性能的测试手段大致可以分为以下两种。

第一，在扫描电子显微镜中发展单根一维纳米/微米材料力电性能测试的方法。 2006年，《Nano Letters》，vol.6，2768-2772上的“基于单个氧化锌纳米线的压 电场效应晶体管和纳米力学传感器”(Piezoelectric field effect transistor and nanoforce sensor based on a single ZnO nanowire)一文中报道了在扫描电子显 微镜中利用导电的金属探针去弯曲纳米线同时测量其力电性能。同样是在扫描电镜 中，2007年，《Advanced Materials》，vol.19，781-784上的“基于单根氧化锌 纳米线的压电门二极管”(Piezoelectric gated diode of a single ZnO nanowire) 文章中报道了再扫描电镜中安装一套纳米操控系统，利用纳米操控系统中的两个导 电探针实现对单个纳米材料的弯曲和力电性能测试。尽管在扫描电镜中利用金属探 针能够实现对单根一维纳米/微米材料的弯曲和力电性能测试，但是由于纳米线/微 米线没有被固定在金属探针上，测试过程中纳米线/微米线很容易在金属探针上滑 动，导致很难判断测试的电信号来源于材料本身变化还是接触问题。同时，由于扫 描电镜必须工作在高真空条件下，因此每次实验必须对系统进行抽真空以及对纳米 操控的调试，大大增加了对单根纳米线/微米线的测试时间。

第二，利用改装的透射电子显微镜实现对单根纳米线/微米线的弯曲和力电性能 测试。2007年，《Nano Letters》，vol.7，632-637上的“形变导致的单个氮化硼 纳米管的电输运”(Deformation-driven electrical transport of individual boron nitride nanotubes)一文中报道了在透射电子显微镜中利用导电的金属探针 去弯曲纳米管同时测量其力电性能。同样是在透射电子显微镜中，2008年，《Applied Physics Letters》，vol.92，213105上的“在透射电镜下原位弯曲单根氧化锌纳米 线的电响应”(In situ probing electrical response on bending of ZnO nanowires inside transmission electron microscope)一文中同样也报道了在透射电子显微 镜中利用导电的金属探针去弯曲单个氧化锌纳米线同时测量其力电性能。尽管在改 装的透射电子显微镜中利用金属探针能够实现对单根一维纳米/微米材料的弯曲和 力电性能测试，但是纳米线的两端不能全部固定，测试时间很长，效率很低等问题 依然存在于这种测试方法中。

在扫描探针系统中利用探针原位的弯曲单根纳米线/微米线同时测量其力电性 能是最直接的测量方法。由于扫描探针工作在大气环境下，因此不需要对其进行抽 真空，同时纳米线的两端可以完全被固定，测试过程中不存在纳米线/微米线的滑动 问题，对于单根纳米线/微米线力电性能测试的信号是完全真实可靠的。

发明内容

本发明是提供一种扫描探针显微镜中对纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测 试方法，其目的是利用该方法实现对单根一维纳米线/微米线原位力学性能、电学性 能以及电力耦合性能测量。

一种纳米线/微米线原位弯曲下力电性能测试方法，其特征在于，单个的纳米线 /微米线被固定在扫描探针针尖和导电基底上，通过控制基底的上下移动实现对单个 纳米线/微米线的弯曲和拉伸。在纳米线/微米线弯曲的同时，通过在扫描探针和导 电基底上施加电压测试电流信号，实现对纳米线/微米线在弯曲下的电学性能测量。