5.CNT納米半導(dǎo)體材料課程內(nèi)容引言CNT的制備CNT的Raman譜CNT的場(chǎng)發(fā)現(xiàn)射特性CNT的電子結(jié)構(gòu)CNT的器件1.引言C屬于第IV主族元素，人們一直認(rèn)為C的同素異形體有三種:金剛石、石墨和無定形C。1985年發(fā)現(xiàn)C的第四種同素異形體C60和C70，稱為富勒烯（fullerene)。1991年Iijima用真空電弧蒸發(fā)石墨電極時(shí)發(fā)現(xiàn)了C納米管（CNT)，是繼富勒烯后發(fā)現(xiàn)的又一種C的同素異形體。對(duì)C納米管的研究一直是國際新材料領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。C納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（直徑只有幾nm到幾十nm，軸向尺寸可達(dá)幾μm甚至更長(zhǎng)）的一維量子材料；是由類似石墨層卷曲成的無縫中空納米級(jí)同軸圓柱體。分類

C納米管兩端大部分是封口的，少數(shù)是開口的，故分為閉口C納米管和開口C納米管。按片層石墨層數(shù)分類，可分為單壁C納米管（SWCNT)和多壁C納米管（MWCNT)。單壁C納米管可看成是由單層片狀石墨卷曲而成，而多壁C納米管可理解為不同直徑的單壁C納米管套裝而成。構(gòu)成C納米管的石墨層與層之間的距離為0.34nm，相當(dāng)于石墨中C原子層之間的間隙或C納米球的半徑。

與石墨相比,C納米管石墨層的a值稍小而c稍大，表明同一層C管內(nèi)原子間有更強(qiáng)的鍵合力，具有極高的同軸向強(qiáng)度。CNT的手性每個(gè)單壁C納米管由C原子六邊形組成，長(zhǎng)度一般為幾十nm至μm級(jí)，兩端由C原子的五邊形封頂。單壁C納米管可能存在三種類型的結(jié)構(gòu),分別稱為椅形C納米管、鋸齒形C納米管和手性C納米管。(a)椅形C納米管；（b)鋸齒形C納米管；（c)任意手性C納米管。CNT的指數(shù)SWCNT的形成取決于C原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何“卷起來”形成圓筒形的。用螺旋矢量Ck=na1+ma2表示，其中，n、m為整數(shù)，a1、a2是石墨晶格的基矢。給定一組(n，m)便確定了一個(gè)矢量Ck。另一個(gè)參量是Ck與a1間夾角θ,稱為手性角。當(dāng)m=n時(shí)，稱為椅形C納米管；當(dāng)m=0時(shí)，稱為鋸齒形C納米管。當(dāng)m≠n時(shí)，稱為手性C納米管。C納米管的直徑d與手性角θ：CNT的性能及應(yīng)用C納米管根據(jù)其螺旋性和直徑的不同，可以表現(xiàn)出金屬性、半導(dǎo)體性和半金屬性。C納米管極細(xì)的發(fā)射尖端，縱橫比大，使其有望成為一種優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射材料。C納米管具有很高的楊氏模量、超常的機(jī)械強(qiáng)度（和金剛石相當(dāng)）和韌性,熱導(dǎo)率是目前導(dǎo)熱性能最好的金剛石的2倍，電流傳輸能力是金屬銅線的1000倍，并具有耐熱、耐腐蝕、耐熱沖擊、自潤(rùn)滑性等一系列綜合性能。C納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及與之相關(guān)的性能，必然決定了它廣闊的應(yīng)用前景。已制備出性能優(yōu)異的C納米管,在C納米管的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用等方面的研究均取得了很大進(jìn)展，特別是規(guī)?；a(chǎn)的實(shí)現(xiàn)促進(jìn)了C納米管在電子器件上的研究。CNT的性能C納米管根據(jù)其螺旋性和直徑的不同，可以表現(xiàn)出金屬性、半導(dǎo)體性和半金屬性。C納米管極細(xì)的發(fā)射尖端，縱橫比大，使其有望成為一種優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射材料。C納米管具有很高的楊氏模量、超常的機(jī)械強(qiáng)度（和金剛石相當(dāng)）和韌性,熱導(dǎo)率是目前導(dǎo)熱性能最好的金剛石的2倍，電流傳輸能力是金屬銅線的1000倍，并具有耐熱、耐腐蝕、耐熱沖擊、自潤(rùn)滑性等一系列綜合性能。C納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及與之相關(guān)的性能，必然決定了它廣闊的應(yīng)用前景。已制備出性能優(yōu)異的C納米管,在C納米管的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用等方面的研究均取得了很大進(jìn)展，特別是規(guī)?；a(chǎn)的實(shí)現(xiàn)促進(jìn)了C納米管在電子器件上的研究。2.CNT的制備2.1PE-HF-CVDHuang等人用等離子體增強(qiáng)熱絲化學(xué)氣相淀積(PE-HF-CVD)法在666℃以下在拋光多晶和單晶Ni襯底上生長(zhǎng)出成排排列的多壁C納米管。C納米管的尺寸依賴于生長(zhǎng)條件，直徑在l0nm~500nm范圍內(nèi)，長(zhǎng)度在0.1μm?50μm之間。生長(zhǎng)在大面積多晶Ni襯底上的C納米管陣列的SEM圖像。密度約為106納米管/mm2，直徑的范圍為60nm~500nmo2.2MPCVD法在一個(gè)管式淀積系統(tǒng)中用微波等離子體CVD在催化劑金屬Ni或Fe團(tuán)簇（30nm~40nm)覆蓋的Si襯膚上生長(zhǎng)出純C納米管薄膜。高分辨率掃描電子顯微鏡（HRSEM)圖像[表示C納米管是由金屬團(tuán)簇在不同方向生長(zhǎng)的；C納米管排列成細(xì)面條結(jié)構(gòu)。在HRSEM下可以確定C納米管的直徑在20nm~60nm范圍內(nèi)，長(zhǎng)度l00μm，C納米管均勻地生長(zhǎng)在整個(gè)襯底上。。2.3襯底的作用在塊體氧化硅襯底上制備出高密度、高純度成排排列的C納米管，在類薄膜襯底上制備出長(zhǎng)度約2mm的C納米管。C納米管的厚度依賴于生長(zhǎng)時(shí)間、反應(yīng)氣體的壓強(qiáng)和密度，隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加C納米管變得稍微彎曲。在氧化硅襯底上形成的C納米管是成排排列的,近似垂直于襯底表面，直徑約為30nm，間距約為l00nm。2.4模板法Papadopoulos等在650℃下利用乙炔高溫分解在六角密堆積排列的納米孔氧化鋁模板孔內(nèi)的鈷上生長(zhǎng)出高度有序的C納米管陣列。有序C納米管的直徑從l0nm到數(shù)百nm，長(zhǎng)度為100μm。①所有C納米管互相平行，且垂直于氧化鋁模板，形成一個(gè)周期性的六角密堆積陣列;②C納米管長(zhǎng)度均勻，末端是開口的;③氧化鋁模板的每個(gè)納米孔都被CNT填充,納米孔限定了CNT的直徑;④CNT具有非常窄的直徑分布，其直徑分布比用其他方法制備的C納米管窄很多。C納米管的直徑近似為47nm,陣列納米管密度約為1010cm-22.5圖案化生長(zhǎng)通過淀積在襯底上作為催化劑的過度金屬圖案利用CVD方法制備出大面積、分布均勻的、圖案化的C納米管薄膜。低倍SEM圖像表明C納米管完全覆蓋在襯底上，C納米管的長(zhǎng)度大于l0μm,直徑近似為20nm。制備的C納米管隨機(jī)取向，大部分C納米管彎曲。C納米管的密度強(qiáng)烈依賴初始催化劑薄膜厚度，當(dāng)初始薄膜厚度小于1nm或10nm以上時(shí)C納米管密度降低。2.6開口與閉口CNTKang和Suth在多孔陽極氧化鋁模板上生長(zhǎng)閉口C納米管，而在陽極氧化鋁模塊上生長(zhǎng)開口C納米管。伸出模板表面的C納米管高度約為ll0nm?？梢钥吹紺納米管陣列是一個(gè)比較完美的二維六邊形陣列，C納米管的直徑和管間距離分別是37nm±3nm和ll0nm±lnm，密度l.0xl010個(gè)/cm2。2.7直流電弧放電法利用以石墨為電極的直流電弧放電法,在氫氣氛圍下制備出C納米管。在陰極上形成的C素堆積物中，其前端表面及其內(nèi)部都生成了C納米管；生成的C納米管的形態(tài)構(gòu)造在氫氣壓強(qiáng)和直流電弧電流發(fā)生變化時(shí)，沒有顯著差異。在氫氣壓強(qiáng)為11999Pa，直流電弧電流為60A時(shí),得到了大量的、管徑較均勻的、直而長(zhǎng)的C納米管。C納米管中部均有2nm左右的空心，其外徑約為20nm，且孔徑較均勻，而納米粒子的直徑為20nm~50nm，其中心部也有2nm左右的空心。2.8竹節(jié)結(jié)構(gòu)CNT以乙炔作C源用熱CVD在淀積Fe的氧化硅襯底上制備出垂直排列的CNT。C納米管NT是均勻的，長(zhǎng)度為l00μm,直徑在l00nm~200nm范圍內(nèi)。C納米管是由有隔層的看來像竹子的空納米管組成，C納米管有封閉的端點(diǎn)，沒有催化劑顆粒裝入納米管；外直徑約200nm的C納米管具有間距均勻的約200nm的隔層。C納米管的壁厚度增大，但所有C納米管外直徑仍然相同。2.9HRTEM觀測(cè)少量的C材料附在C納米管表面上。由10個(gè)以上的間距為0.34nm的同心石墨殼層組成。大部分C納米管是直的；少數(shù)由扭曲或缺陷產(chǎn)生的彎曲C納米管。扭曲或缺陷的形成起因于低溫（700℃)CVD過程。石墨化納米管的HRTEM圖像2.10CNT管束以1%Y和4.2%Ni的混合物作催化劑用弧光放電法制備出大量特征與激光燒蝕法制備的C納米管類似C納米管。在相當(dāng)大的面積上（至少幾個(gè)mm2)均勻地分布著大量紊亂的C細(xì)絲。每一根C細(xì)絲是由少量定向排列的單壁C納米管自組織成像束狀物的微晶體，其直徑為5nm~20nm。因?yàn)檫@些C納米管束通常是彎曲的某些部分的方向平行于電子束，因此可以看到C納米管束的端口。CNT的直徑約為1.4nm，平均距離為1.7nm。一個(gè)管束內(nèi)C納米管的典型數(shù)量在20個(gè)左右。2.11XRD表征在擴(kuò)散矢量Q=0.43?-1附近有一個(gè)散射峰，直到Q=1.8?-1有四個(gè)弱散射峰。這些低角散射峰表明組裝成管束的單壁C納米管二維晶格的存在。位于(Q=0.43?-1的散射峰給出約100?散射相干長(zhǎng)度,與管束的平均橫向尺寸符合很好。在Q=3?-1以上的區(qū)域，有兩個(gè)位于Q=3.1?-1和Q=3.6?-1的散射峰，分別對(duì)應(yīng)于純面心立方Ni(111)和(200)的晶面反射。Joumet等人用電弧放電法制備的單壁C納米管束的低角XRD譜。2.12XPS表征X射線光電子譜（XPS)分析表明

所得的C納米管是氮摻雜的。從摻氮C納米管陣列的XPS譜圖可以看出薄膜的元素成分主要為C，N,O和Fe,分別對(duì)應(yīng)著

281.lleV、398.14eV,528.13eV和705.13eV；C峰非常尖銳，其峰

位對(duì)應(yīng)著sp2雜化的C原子的化學(xué)價(jià)態(tài)，這說明了C納米管由石墨層卷曲而成氮的含量較小,估計(jì)在5%左右。Nls峰的詳細(xì)XPS譜

圖分別有394.19eV、397.14eV和400.13eV3個(gè)不同的峰位,說明了氮原子在石墨層網(wǎng)格中有著不同的化學(xué)價(jià)態(tài)。3.CNT的Raman譜Raman特性對(duì)C材料平移對(duì)稱的破壞是很靈敏的，Raman譜能夠給出C材料微結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。Raman散射技術(shù)提供了表征C納米管結(jié)構(gòu)而又不破壞樣品的一個(gè)簡(jiǎn)易而獨(dú)特的工具。對(duì)著C納米管的Raman譜和諧振特性已進(jìn)行了大量的研究，揭示了C納米管獨(dú)特的Raman特性。已經(jīng)用Raman散射技術(shù)研究了單壁C納米管，觀察到許多Raman峰，并將其判定為椅形對(duì)稱(n,n)C納米管的振動(dòng)模。

CNT陣列用514.5nm的光激發(fā)的用CVD方法在具有介觀孔的襯底上制備的CNT陣列的微Raman譜。一級(jí)Raman譜在1581cm-1處出現(xiàn)一個(gè)銳利的強(qiáng)峰（G線），在1348cm-1處有一個(gè)額外的強(qiáng)散射帶（D)線。清楚地觀察到起因于相應(yīng)基本帶的位于2453cm-1和3233cm-1的二級(jí)散射。位于4274cm-1處很清晰的強(qiáng)三級(jí)峰確實(shí)歸因于(2x1348+1581)cm-1的組合。

純化CNTBacsa等人用氧化純化法對(duì)C納米管進(jìn)行了純化，用譜研究了純化C納米管的振動(dòng)性質(zhì)。位于

1581cm_1的窄Raman是允許聲子峰，有一個(gè)延伸到1620cm-1

處的弱肩峰。在1356cm-1處的無序誘導(dǎo)峰的窄線寬度和低強(qiáng)度表明高度石墨化,可與熱解石墨的Raman譜相當(dāng)。1356cm-1峰相對(duì)強(qiáng)度不變表明,氧化前來自石墨其他結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)不明顯。在這一能量范圍內(nèi)的散射起源于彎曲石墨薄層、納米管末端和殘存石墨顆粒中的缺陷。C納米管的非偏振一級(jí)Raman譜(a)未純化和（b)純化 H等離子體處理的影響1568cm-1處的G峰是對(duì)應(yīng)于E2g(2)模，表明存在晶態(tài)石墨C。1342cm-1附近的D峰是A1g振動(dòng)呼吸模，歸因于彎曲石墨薄片中的缺陷、sp3碳或其他雜質(zhì)。對(duì)于H等離子體處理30min的多壁C納米管薄膜，相對(duì)強(qiáng)的D峰可以歸因于納米管中C薄片的波結(jié)構(gòu)。H等離子體處理的多壁C納米管薄膜每一個(gè)峰的位置都發(fā)生了藍(lán)移起因于在H等離子體處理的多壁C納米管薄膜中無序和缺陷密度的增加。多壁C納米管薄膜的Raman譜(a)未經(jīng)H等離子體處理；(b)H等離子體處理30min。4C納米管的場(chǎng)發(fā)射特性C納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性,是場(chǎng)致發(fā)射器件的理想陰極材料。研制以C納米管為陰極的顯示器的關(guān)鍵是制備高質(zhì)量的大面積圖案化C納米管陣列。

C納米管陣列的制作方法通常有兩種：一種方法是采用化學(xué)氣相沉積（CVD)技術(shù)在襯上直接生長(zhǎng)C納米管，襯底通常用硅片和玻璃，并在其上覆蓋Ni、Fe、Pd等作為催化劑，這種方法可以很好控制C納米管的尺寸、密度和排列,是制備垂直排列C納米管陣列最可靠的方法;另一種方法是將C納米管生長(zhǎng)在垂直排列、分布均勻的多孔陽極氧化鋁模板（AAO)上。Po-LinChen等人也在多孔陽極氧化鋁模板上通過熱解CH4生長(zhǎng)不同密度的C納米管，C納米管的密度通過控制CH4/H2的注人比進(jìn)行調(diào)節(jié)。4.1象素點(diǎn)范守善等人研究了C納米管線的焦耳加熱誘導(dǎo)真空崩潰，以及C納米管線崩潰點(diǎn)兩端的場(chǎng)發(fā)射特性。首先對(duì)一根直徑1mm的鎳棒的橫截面進(jìn)行拋光，然后涂上一層磷。多壁C納米管線發(fā)射器指向磷涂層表面的中心，間距0.5mm。當(dāng)正電壓加到鎳棒上時(shí)，多壁C納米管線的端點(diǎn)將發(fā)射電子激發(fā)磷發(fā)光。金屬陽極有效地傳導(dǎo)由電子轟擊產(chǎn)生的熱,可以提高密封器件的壽命。場(chǎng)發(fā)射顯示器的像素示意圖(a)用像素結(jié)構(gòu)示意圖；(b)-(d)顯示屏分別是在動(dòng)態(tài)真空中測(cè)試到的紅、綠、藍(lán)像素。加在陽極上的電壓為650V，發(fā)射電流約lOOμA。4.2幾何因素可以通過增加C納米管的長(zhǎng)度和間距減低小閾值電場(chǎng)E。具有良好場(chǎng)致發(fā)射特性的C納米管陣列有一個(gè)最佳密度值。樣品長(zhǎng)度/μm密度/cm-2A4.06x106B5.55xlO6C7.02xlO6D8.51xlO6E10.51xlO6F12.53xlO6G12.56xl06H8.54xlO64.3開口的影響隨著生長(zhǎng)溫度的升髙閉口

C納米管的場(chǎng)致發(fā)射效率下降，開口

C納米管的場(chǎng)致發(fā)射效率上升。當(dāng)制備溫度升高時(shí)開口C納米管的閾值電場(chǎng)降低,而閉口C納米管的閾值電場(chǎng)升高。在AAO模板上制備的閉口CNT場(chǎng)發(fā)射電流密度與外加電場(chǎng)的關(guān)系在AAMs模板上制備的開口CNT場(chǎng)發(fā)射電流密度與外加電場(chǎng)的關(guān)系4.3開口的影響隨著制備溫度的升高，開口C納米管增強(qiáng)因子β增加，而閉口C納米管增強(qiáng)因子β降低。在C納米管生長(zhǎng)溫度為550℃的情況下，閉口C納米管的增強(qiáng)因子為4500，是開口C納米管增強(qiáng)因子（約1300)的4倍。閉和開口C納米管的增強(qiáng)因子與生長(zhǎng)溫度的關(guān)系4.4CNT密度的影響具有最高密度（9.0x109管/cm2)的C納米管薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性最差,具有最高閾值電場(chǎng)和最低發(fā)射電流密度。當(dāng)C納米管密度降低到約6.0x109管/cm2時(shí)，場(chǎng)發(fā)射特性得到顯著改善。當(dāng)C納米管密度進(jìn)一步降低到約2.0x109管/cm2時(shí),場(chǎng)發(fā)射特性惡化。在AAO模板上制備的三種管密度不同的C納米管場(chǎng)發(fā)射電流密度(J)與外加電場(chǎng)(E)的關(guān)系（實(shí)線是在不飽和的低電流/電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)FN擬合圖線）4.4H等離子體處理的影響當(dāng)H等離子體處理時(shí)間增加到30min時(shí)，多壁C納米管薄膜的發(fā)射特性得到明顯改善。開啟電場(chǎng)由3.9V/μm降低到1.5V/μm。在外加電場(chǎng)約為5.2V/μm的情況下，發(fā)射電流密度達(dá)到1mA/cm2，電流波動(dòng)在4%以下,滿足了場(chǎng)發(fā)射顯示應(yīng)用的要求。多壁C納米管薄膜的發(fā)射電流密度與電場(chǎng)關(guān)系曲線(插圖表示相應(yīng)的FN圖線）

(a)未處理；H等離子體處理（b)lOmin;(c)20min；(30min;(e)40min。5CNT的電子結(jié)構(gòu)C納米管具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì),這是由于電子的量子限域所致，電子只能在單層石墨片中沿納米管的軸向運(yùn)動(dòng),徑向運(yùn)動(dòng)受限制，因此，電子波矢是沿軸向的。

C納米管的電學(xué)特性取決于它的直徑d和手性角θ，而這兩個(gè)參數(shù)均與n和m的取值有關(guān)。C納米管具有獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體特性。理論研究預(yù)測(cè)，椅形C納米管呈現(xiàn)金屬性，對(duì)于其他螺旋度的C納米管，當(dāng)n—m=3k(k為整數(shù)）時(shí)，C納米管也呈現(xiàn)金屬性，除此之外的其他C納米管呈現(xiàn)半導(dǎo)體性。5.1取向和修飾效果堿基分子對(duì)單壁C納米管進(jìn)行側(cè)壁修飾,無論初始單壁C納米管的管型如何，修飾后復(fù)合體系的能帶結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)出P型摻雜簡(jiǎn)并半導(dǎo)體特性。純單壁C納米管和堿基修飾后單壁C納米管的能帶結(jié)構(gòu)(a)(8，0)純單壁；(b)T-(8,0)堿基修飾后;(c)A-(8,0)堿基修飾后;(d)(5,5)純單壁；(e)C-(5,5)堿基修飾后;(f)G-(5,5)堿基修飾后。6.C納米管器件通過像T或Y形狀的結(jié)、彎曲結(jié)或摻雜施主N或受主B這樣的控制方式生長(zhǎng)出大量具有不同性質(zhì)的多壁C納米管。單個(gè)單壁C納米管已經(jīng)用于制造多種像場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)、單電子晶體管、二極管和逆變器這樣一類的分子尺寸器件。利用單根C納米管和交叉納米線也成功地制備出邏輯門電路。下面將舉例說明CNT器件情況。6.1C納米管二極管Lee等人研究了由兩個(gè)不同多壁C納米管組成的的電子輸運(yùn)性質(zhì)。組成異質(zhì)結(jié)的兩種C納米管是帶隙不同的輕摻雜P型半導(dǎo)體。異質(zhì)結(jié)的電流-電壓特性顯示可重復(fù)的整流二極管行為。在正向偏置情況下，當(dāng)偏壓超過約0.08V的閾值電壓時(shí)電流急劇增大。在反向偏置情況下，閾值電壓約為2.5V，其數(shù)值遠(yuǎn)大于正向偏置情況下的閾值電壓。在4.2K下C納米管異質(zhì)結(jié)的I-V特性曲線，插圖是高偏壓下異質(zhì)結(jié)的I-V特性曲線。（a）CNT異質(zhì)結(jié)6.1C納米管二極管朱道本等人采用部分摻雜的方法，獲得了C/CNx納米結(jié)，并制備了納米二極管,顯示出良好的整流效應(yīng)。多壁C納米管二極管具有高度非線性特性和非對(duì)稱性，其整流比在±2V時(shí)為1.3x103。與整流二極管的特性相似，典型的開啟電壓約1.2V，反向擊穿電壓約-5V。在室溫下測(cè)量的表示整流行為的CNx/C多壁C納米管的I-F特性曲線(插圖表示用Pt連接的納米管結(jié)器件接觸模式的AFM圖像)。（b）CNx/C多壁C納米管6.1C納米管二極管利用超臨界流體技術(shù)制備出串珠狀多壁C納米管-半導(dǎo)體納米球異質(zhì)結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體納米球直徑均沿C納米管軸向分布，形狀如串珠。并利用這種單根異質(zhì)結(jié)構(gòu)制作了Schottky二極管。伏安特性表現(xiàn)出明顯的整流行為，開啟電壓為0.5V,整流比為70(±2.5)V。這種串珠狀多壁C納米管-半導(dǎo)體納米球異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可用于制作高集成度納米功能器件。（c）串珠狀多壁C納米管6.1C納米管二極管圖(a)為沿Y結(jié)C納米管的臂得到的典型I-V曲線，圖(b)為由Y結(jié)C納米管的y結(jié)頂端得到的I-V曲線如所示。兩條曲線是典型的金屬-絕緣體-金屬結(jié)的I-V曲線，在零偏壓附近顯示一個(gè)閾值電流。在圖(a)中的曲線是對(duì)零偏壓的對(duì)稱曲線。在+1700和-1700mV的偏壓下隧道電流具有同數(shù)量級(jí)（約19nA)。微分電導(dǎo)(dI/dF)與偏壓關(guān)系的曲線給出一個(gè)對(duì)于零偏壓對(duì)稱的約760mV的間隙。在圖(b)中的曲線，正偏壓下的閾值電壓是約190mV。超過閾值電壓隧道電流按冪指數(shù)增加，在1700mV的偏壓下達(dá)到最大值約28nA。在負(fù)偏壓下當(dāng)超過相當(dāng)大的閾值偏壓(約440mV)時(shí)燧道電流逐漸增加。在1700mV的負(fù)偏壓下隧道電流達(dá)到最大值約18nA。I-V曲線相對(duì)于偏壓的極性是非對(duì)稱的。插圖中的微分電導(dǎo)(dI/dV)與偏壓的關(guān)系曲線也清楚地表明對(duì)于零偏壓是非對(duì)稱的。這種非對(duì)稱性正是結(jié)二極管的特性，這也表明在C納米管中具有存在于分子內(nèi)的結(jié)。（d）Y結(jié)C納米管器件6.2C納米管FETsTans等人已經(jīng)制備出由單壁C納米管連接兩個(gè)金屬電極組成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FETs)。小的非線性特性出現(xiàn)在V