基于n--ZnO異質(zhì)pn結(jié)的壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、ZnO是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族直接寬帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種電子器件，諸如:發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、光探測(cè)器以及應(yīng)力傳感器等方面。特別是由于ZnO同時(shí)具有壓電特性、半導(dǎo)體特性和光電特性，從而開辟出了一個(gè)新興領(lǐng)域——壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)。壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)效應(yīng)通過調(diào)節(jié)和控制器件界面處載流子的產(chǎn)生、分離、傳輸和復(fù)合過程，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化器件性能的目的。迄今為止，壓電電子學(xué)和壓電光電

2、子學(xué)效應(yīng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于壓電納米發(fā)電機(jī)、壓電應(yīng)力傳感器的制備和各種電子器件的優(yōu)化。但是相比于相對(duì)簡(jiǎn)單的肖特基結(jié)器件，pn結(jié)器件中的壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)效應(yīng)應(yīng)用范圍更廣泛，情況也更加復(fù)雜，因此研究pn結(jié)器件中的壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)效應(yīng)便十分重要。
　　本論文利用ZnO作為壓電半導(dǎo)體材料制備了具有不同幾何參數(shù)，摻雜濃度和能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)。研究了pn結(jié)的力電光耦合作用，即壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)效應(yīng)。主要研究?jī)?nèi)容包括

3、以下幾個(gè)方面:
　　(1)利用磁控濺射和水熱法在普通Cu線上生長(zhǎng)ZnO納米棒，制備了一種低頻柔性納米發(fā)電機(jī)。
　　(2)制備NiO-ZnO異質(zhì)pn結(jié)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的肖特基結(jié)以增強(qiáng)納米發(fā)電機(jī)的壓電輸出特性。通過直接熱氧化Ni箔的方法成功制備了NiO薄膜，在NiO薄膜上采用磁控濺射方法生長(zhǎng)ZnO薄膜制備了NiO-ZnO異質(zhì)結(jié)納米發(fā)電機(jī)。與單獨(dú)的ZnO納米發(fā)電機(jī)相比，這種異質(zhì)結(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸出電流密度分別提高了21和13倍。

4、>　　(3)利用超薄的NiO層作為勢(shì)壘材料，制備了NiO-ZnO壓電式應(yīng)力傳感器，并利用壓電光電子學(xué)效應(yīng)大幅提升了器件的敏感性和開關(guān)特性。
　　(4)采用水熱法和熱蒸發(fā)氧化的方法制備NiO-ZnO紫外探測(cè)器，利用壓電光電子學(xué)效應(yīng)使得這種紫外光探測(cè)器的光電流和靈敏度分別增加74％和78.7％。對(duì)界面處幾何參數(shù)對(duì)于器件性能和壓電光電子學(xué)效應(yīng)的影響進(jìn)行了分析。
　　(5)利用不同摻雜濃度的非壓電晶體Si作為p型材料制備Si-ZnO