瑞典研究人員最近完成了先前被認為不可能的任務──成功測量奈米線(nanowire)中的霍爾效應(Hall effect)。這些新的測量結果將有助於科學家微調這類材料的電子性質，並且可能促進下一代奈米線元件的發展。
當導體內的電流方向與外加磁場方向垂直時，勞倫茲力(Lorentz force)會使電子轉向，導致電荷累積在與電流及磁場垂直的方向上而產生霍爾電壓，此即古典霍爾效應。霍爾電壓能提供關於材料基本電子性質的重要資訊，諸如摻雜濃度及載子遷移率。
半導體奈米線的研究至今約莫十年，這些材料可望用來製作高效率發光二極體及光伏能量收集元件。在這些應用成真之前，研究人員必須對此類材料的電子特性進行深入分析，然而奈米線的形狀及其一維特性卻提高了相關研究的難度。
隆德(Lund University)大學的Lars Samuelson等人最近藉由把奈米線嵌入聚合物薄膜內，成功測量其霍爾電壓。他們先以有機金屬氣相磊晶法(metal-organic vapour phase epitaxy)在磷化銦基板上生長的六角磷化銦(InP)核-殼奈米線(p型核、n型殼)，此類材料被認為是理想的光伏及紅外發光二極體材料。接著，他們利用金屬蒸鍍(metal evaporation)在奈米線殼上沉積8個電極，頭尾兩個用來輸入電流，中央三對則用於讀取電壓。
研究人員讓電流通過頭尾兩個電極，同時施加垂直樣品表面的磁場，然後測量中央三對電極間的霍爾電壓。此裝置讓該團隊能透過單一測量獲得電子密度及電子遷移率，其空間解析度亦高達100 nm。Samuelson指出，此測量方法並不侷限於某種材料或奈米線系統，而是能用來研究廣泛的半導體線。
如此測量技術可結合其他奈米光學測量方法，例如微光致發光(micro-photoluminescence)與陰極發光(cathodoluminescence)，並可搭配掃描探針顯微鏡來研究結構。這些組合意味著研究人員目前已經擁有一套完整的工具來研究奈米線。詳見Nature Nanotechnology|doi:10.1038/nnano.2012.190。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝