不同掃描速率對負微分電阻的影響

實驗中我們以不同的掃描速率做循環電位掃描，觀測其負微分電阻峰的變化，

如圖 4.17 所示。由圖中可以看到，隨著掃描速率的增加，NDR 峰電流值也跟著增加，

此現象類似於典型電化學系統中，氧化還原反應的特徵。在Ni-DNA 分子元件中，隨 著掃描速率的增加，鎳離子的氧化還原反應速率也隨之增加，因此表現出較高的氧化 還原電流，即負微分電阻峰電流值的增加。在 Ni-DNA 分子元件的循環電流-電壓曲 線上，我們還發現到，在正負偏壓處的電流-電壓曲線並不對稱，且隨著掃描速率的增 加，負微分電阻峰的位置也有一些位移的現象產生。由此可知，在 Ni-DNA 分子元件 中，鎳離子的氧化還原反應是一種近可逆的反應 (Quasi-reversible reaction)，而此近可 逆反應的產生主要來自於在循環電位掃描時，電荷傳輸速率的不同所導致的。由文獻 中可知[123]，DNA 分子之構形的改變會造成電荷傳輸速率的變化，因此我們推測在 循環電位掃描時，帶負電荷的 Ni-DNA 分子之構形可能產生了變化，使得電荷於 Ni-DNA 中的傳輸速率有所不同，而造成鎳離子的近可逆氧化還原反應。可能造成 Ni-DNA 構形改變的因素有：一. Ni-DNA 帶負電荷的磷酸骨幹，因循環電位掃描時所 施加偏壓的影響，而產生的構形變化、二. 參雜在 Ni-DNA 分子中的鎳離子，在電性 量測過程中，因氧化還原反應，使得鹼基對間的二價鎳離子與三價鎳離子來回轉換，

造成對 Ni-DNA 之構形的影響。

圖 4.17 Ni-DNA 於不同電位循環掃描速率之電流-電壓曲線圖

4.4

結論

我們利用 electrostatic trapping 的方式，成功的將 -DNA 或 Ni-DNA 架於兩

金電極上，形成 Metal-Molecules-Metal (M-M-M) 的結構。並針對這兩種元件進行電 性的分析，由電性量測的結果可知，-DNA 分子與金電極之間的界面會形成接觸能障 (Contact barrier)，使得 -DNA 分子元件的特性就類似於半導體的電子特性。電荷於

-DNA 分子中，可以藉由鹼基對間的堆疊而做傳輸。在 Ni-DNA 分子元件中，其導 電度不但比 -DNA 來得好外，Ni-DNA 與金電極之間的接觸也形成了歐姆式接觸 (Ohmic contact)。除此之外，參雜在 Ni-DNA 中的鎳離子就像是氧化還原中心，Ni-DNA 分子元件藉由鎳離子的氧化還原反應，可以在室溫、常壓中表現出穩定並具有再現性 的負微分電阻特性。再者，在本實驗中我們所量測到的負微分電阻特性，其峰值及谷 值的電流比 (PVCR) 約為 6.0。以上的實驗結果，一再的證明了 Ni-DNA 分子元件，

於未來的奈米電子元件上極具應用潛力。