中文摘要：

利用功能单分子来构建光电子器件是纳米科技和分子电子学的研究目的之一。当前分子电子学研究领域主要集中在单分子或分子膜的电子输运特性研究以及功能性和特异性的原理性单分子器件的研究方面。构建电极-分子-电极连接是构建分子器件的基本思想之一。针对目前在分子与电极间接触方式和器件加工工艺等方面存在的不足，本项目的研究以实现多种键合方式，优化器件加工工艺和提高器件性能为目的，利用具有核壳结构的硅纳米线发展一种高效、可靠的普适性分子器件制备方法，分别实现纳米间隙和纳米侧壁上两种结构的单分子器件。在此基础上，进一步展开材料在纳米/分子尺寸上的结构、组装和器件性能的构效关系研究，开拓其在原型逻辑器件、有机电子学、生物传感和光检测器等方面的潜在应用。这些研究有望发展新一代的功能单分子器件和生物传感器，为最终在电子器件制备集成和生物检测方面实现工业化应用提供实验和理论基础。

结论摘要：

在青年科学基金的支持下，本项目以硅纳米线的化学气相沉积（CVD）生长、器件制备为基础，以实现硅纳米线单分子生物传感器件为目标，展开相关研究工作并取得以下主要研究成果 1. 发展了一套有效的硅纳米线器件制备工艺；我们组建了一整套硅纳米线化学气相沉积系统（CVD），含有5路气源及低真空系统；实现了硅纳米线的可控生长及电学性能调控，能够合成p型、n型、p+型及n+型纳米线；结合光刻、电子束曝光、微流道工艺，发展了一种有效的硅纳米线器件制备工艺。 2. 实现了硅纳米线侧壁生物传感器；为了应对来自于生物气溶胶的威胁，包括H1N1甲流、SARS非典及禽流感等，发展一种生物气溶胶实时在线监测系统非要必要。这在生物传感领域仍然是个挑战。本部分工作我们采用自制的采样-传输-监测系统，使用硅纳米线侧壁传感器件，实现了流感病毒H3N2气溶胶的实时在线检测。一旦H3N2病毒样品流经硅纳米线场效应晶体管器件，离散的电导变化被观察到。作为对比，干净的空气样本却不会产生明显变化。同时器件表现出良好的选择性和浓度依赖性。该工作有望实现一种新型的生物气溶胶的探测方式，并有望拓展到集成器件应用领域。 3. 利用硅纳米线表面氧化层保护，制备了可用于单分子生物探测的原型探测器件；建立一个具有高灵敏度和高度选择性的生物探测平台对生物诊断和药物传输具有重要的实际意义。这一部分工作展示了一种基于SiOx/Si核壳结构制备单分子生物传感器的有效可靠的方法。结合高精度的电子束曝光技术，实现在硅纳米线表面上的点位置修饰，从而实现单个生物大分子的实时检测。这个平台对于探索分子反应动力学以及医学临床诊断具有潜在的应用前景。 4. 开发了二氧化钛硅纳米线复合材料探测器件。这篇工作描述了一种直接简单的方式来阐明复合材料界面的电荷转移机制。实验中采用TiO2纳米粒子沉积在悬浮的p型Si纳米线表面，当使用254nm紫外光照射器件的时，TiO2纳米粒子和Si纳米线同时受到激发，前者减少了FET器件中的沟道电流，而后者增加了沟道电流。TiO2和p型Si纳米线产生了相互的竞争关系，通过调节源漏偏压，可以人为的改变这种竞争关系的强弱，从而实现了一种新型的镜像对称开关器件。这个概念提供了一种新颖的方式研究界面间的电荷转移机制，从而可以设计功能新颖的电子、光电子器件。