中文摘要：

受以单根纳米管、纳米线为导电通道的纳米器件目标牵引，从纳电子材料的制备、结构和性能、纳米材料与电极的接触、栅极结构、及器件的结构和性能方面开展基础研究。合成并表征了多种纳米管和纳米线，特别是提出并确定了钛酸纳米管的结构和形成机理；发展了"纳米刀"等一系列电子显微镜中的原位操纵、加工和测量方法；原位研究了碳纳米管的力学、电学特性及其与结构的关系；原位构建并研究了碳纳米管谐振器；批量制备了双壁碳纳米管场效应晶体管并发现了层间耦合的作用；首次制备了硫化铋纳米线器件并研究了其氢气传感特性；实现了有高k介质顶栅结构的碳纳米管纳米器件。发表SCI论文90余篇（近5年70余篇）。有4篇论文被引用超过100次（分别为266,239,147,129次）。近5年论文被SCI引用1530余次（他引1330余次）；发表EI收录论文64篇；获授权专利7项，新申请发明专利7项；做邀请报告13次；获北京市科学技术一等奖

结论摘要：

以纳米管/线为导电通道的纳米器件不仅有望解决半导体技术发展中遇到的一系列瓶颈问题，还可能孕育出多种基于新原理的新型器件，受到多个领域的广泛关注。上述纳米器件研究面临的一个关键问题是纳米管/线等核心单元材料的结构与性能的关系，及纳米器件的结构与性能的关系。此外，纳米材料个体间的差异和材料的纳米尺度使许多传统研究手段无法给出明确的信息，发展新的研究手段也是纳米尺度下材料和器件研究的关键问题之一。本项目组在这些方面开展了深入研究，主要成果有 1. 发展了基于环境扫描电镜的、对同一根纳米管/纳米线及纳米器件进行结构和性能研究的分析平台和研究方法。该平台可以对同一根纳米管/线进行扫描电镜中的原位力学、电学、光学、光电、压电、谐振性能研究；在可控应变、气氛和温度下测量纳米结构和纳米器件的多种性能；原位加工或改造纳米结构和纳米器件，并对新结构进行多种性能的测量和研究；可把测量后的纳米结构转移到透射电镜中进行原子尺度的结构表征。 2. 首次原位测量了同一根碳纳米管的电学特性和谐振特性随它所受轴向力的变化并与其原子尺度的结构对应；首次原位搭建并研究了基于单根碳纳米管的纳米谐振器，发现了谐振频率与纳米管的几何参数、轴向力及栅压的变化规律，获得了很大的频率调节范围；首次观察到碳纳米管的侧向电子发射，并提出了声子辅助电子发射新模型。 3. 制备并研究了以单根WS2纳米管为导电通道的纳米器件，在同一个器件上实现了场效应、光电探测和气敏功能。 4. 利用原子层沉积低温制备了高质量HfO2薄膜并表征其结构和性能。制备了以碳纳米管为导线和电极、以氧化铪为介质层的交叉结构阻变存储器件，单个存储单元尺寸可小于20纳米。研究了金属电极接触对纳米线器件性能的影响。本项目已经在国际期刊(如Nature Nanotech., Nano Lett.等)上发表SCI论文22篇，这些文章至今已被Nano Lett. Adv. Mater.等杂志上的文章引用42次。培养研究生15名。执行期内申请了4项国家专利，其中3项已获授权。项目组成员做邀请报告31次，其中国际15次；还在一个国际材联系列会议(IUMRS-ICAM)中组织了一个分会。项目负责人2010年获国家自然科学二等奖1项，一个学生的博士论文入选2011年全国优秀博士论文。