碳纳米管具有纳米级的直径,长度可以达到厘米量级甚至更大,是一种准一维的纳米材料。它具有独特的物质结构和奇特的物理性质,引起了全世界科学家的广泛关注,在电学、量子力学、磁学、光学、热学、生物学和力学等方面都有广阔的应用前景。　　碳纳米管依据手性不同,可以分为金属性和半导体性碳纳米管。碳纳米管具有非常高的电子和空穴迁移率,使用半导体性碳纳米管,已经成功制备出性能优异的p型和n型场效应晶体。金属性碳纳米管则具有非常高的电流承载密度,比传统金属高三个数量级,还有很好的抗电致迁移特性;同时,金属性碳管中的电子具有长的平均自由程,可以在微米长度实现弹道输运;最后,碳纳米管本身也具有纳米级的直径和稳定的化学性质。基于以上性质,金属性碳管也被提出来用作集成电路的互连线。　　碳纳米管的直流电学性质已有很多和深入的研究。在高频和微波测量这一块,因为碳管的阻抗很大,与通用的微波测量设备存在很大的阻抗不匹配,同时微波测量技术需要精密的仪器,丰富的测量经验和理论指导,相关研究工作不是很多。本论文主要借助高频示波器,微波网络分析仪和微波探针台等高频设备,以及高频结构模拟器(High frequency structure simulator,HFSS)软件,研究碳纳米管作为互连线的高频特性,同时探索碳纳米管作为近场扫描探针针尖的潜应用,主要包括以下四个方面内容和研究成果:　　首先,从时域角度,与铜金属线比较,研究多壁碳纳米管束作为互连线的时间传输特性。使用任意波形发生器和高频示波器,搭建了一个时间精度为10 ps的脉冲延时测量系统。发现特定电磁场边界条件下,多壁碳纳米管束的传输延时要比铜线小,我们推断是因为多壁碳纳米管束具有类似波导的束波效应,可以更好的引导电磁波传播,缩短传输路径所致。同时,使用HFSS软件对铜金属线情形下的结果进行了仿真,通过仿真结果拟合出延时公式,在拟合公式的启发下进行了理论推导,得到了解析公式且与拟合公式吻合的很好。　　其次,从频域角度,使用网络分析仪和微波探针台进行在片测量,研究了单根单壁碳纳米管、多根单壁碳纳米管组成的阵列,以及多壁碳纳米管束的高频阻抗特性,验证碳管的高频阻抗与频率相关性很小。借助HFSS软件,使用直径为40纳米和电阻率恒定的实心圆柱体纳米线模拟碳纳米管样品,模拟真实测量环境进行仿真,仿真结果与测量结果吻合的很好。对于上述实验结果,我们推断是因为碳纳米管具有纳米级的直径,在物理尺寸上限制了高频下的趋肤效应的结果。　　第三,研究和探索了碳纳米管作为微波近场扫描探针的潜在可能性。设计了四分之一波长圆柱体同轴谐振腔;在Labview虚拟仪器控制平台上,使用微波网络分析仪、电动扫描平台、微波谐振腔和金属探针,搭建了一个扫描精度在几十微米左右的微波近场扫描系统。使用HFSS软件,首先分析扫描探针的长度、针尖尖端直径和针尖距离样品的距离对微波近场扫描系统性能的影响,其次分析了使用碳管作为针尖时对系统性能的影响,同时还在原子力显微镜悬臂梁上设计渐变共面波导结构。这为碳管作为近场扫描针尖的实验研究奠定了一定的基础。　　最后,研究了可与碳纳米管形成欧姆接触的钯、钪、钇三种稀有金属的电致迁移特性。使用Keithley直流源表搭建了四端法电致迁移自动测量系统。获得了三种金属的失效电流密度,特定电流密度下电阻随时间的变化关系,以及实验过程中由电致迁移引起的形貌变化。发现钯线具有高的失效电流密度和三种金属当中最好的抗电致迁移特性,钪线次之,钇线则容易氧化抗电致迁移特性弱。总体来说,钯线和钪线适合作为碳纳米管场效应管的互连线,而钇线则不合适。　　本论文紧密围绕碳管互连线高频特性及碳管在高频领域的潜在应用开展,借助HFSS软件对实验结果进行分析,对碳管性能进行评估,对微波部件进行设计,对纳米材料微波表征领域的研究工作具有一定的借鉴意义。