ZnO納米帶-線肖特基勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的微區(qū)測(cè)量和理論模擬.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)未來(lái)器件的要求是尺寸更小、集成密度更高、耗能更低。納米器件代替微米器件將是器件發(fā)展的趨勢(shì)。一維納米半導(dǎo)體材料既可以作為器件元件，又可以作為連接器件元件的導(dǎo)線，因此被廣泛的用來(lái)構(gòu)筑納電子器件。在眾多的半導(dǎo)體材料中，一維 ZnO納米材料不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)穩(wěn)定性、較大的比表面積，而且具有良好的光電特性和壓電特性，因而在環(huán)境檢測(cè)、電子器件和新能源領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　在構(gòu)筑器件時(shí)金屬電極與半導(dǎo)體材料的

2、接觸是無(wú)法避免的問(wèn)題。當(dāng)金屬與半導(dǎo)體材料形成肖特基接觸時(shí)，器件的性質(zhì)主要受肖特基勢(shì)壘的控制。對(duì)于塊體肖特基勢(shì)壘的研究已經(jīng)非常成熟，理論與實(shí)驗(yàn)符合很好。但是用宏觀的勢(shì)壘模型對(duì)納米尺寸接觸面積的肖特基勢(shì)壘進(jìn)行解釋時(shí)，發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差別較大。這主要由于納米器件接觸面積較小，而傳統(tǒng)模型的假設(shè)是基于無(wú)限大平面。另外，肖特基勢(shì)壘還受接觸方式的影響，一維納米半導(dǎo)材料與電極的接觸方式有橫向接觸和軸向接觸兩種。由于工藝條件的限制，常見(jiàn)的一維納米器

3、件的接觸方式為橫向接觸，即接觸面與納米帶/線的長(zhǎng)軸方向平行。當(dāng)對(duì)橫向接觸的肖特基器件施加偏壓時(shí)載流子不僅沿著軸向輸運(yùn)，還會(huì)有垂直軸向的輸運(yùn)。雖然人們對(duì)于一維納米肖特基勢(shì)壘進(jìn)行了廣泛的研究，但大多數(shù)只是對(duì)肖特基勢(shì)壘的有效高度進(jìn)行提取。肖特基器件的輸運(yùn)特性不僅受勢(shì)壘高度控制，同時(shí)還受勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)一維肖特基勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的研究有利于我們更清楚的了解一維肖特基器件的輸運(yùn)機(jī)制，同時(shí)能夠?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)優(yōu)良性能的肖特基器件提供指導(dǎo)。
　　在本論文中

4、，首先利用化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備出形貌均勻、結(jié)晶度好的ZnO納米帶/線。通過(guò)使用SEM、XRD、PLD等對(duì)ZnO納米帶/線的形貌、結(jié)晶性、晶型等進(jìn)行了表征，結(jié)果表明我們生長(zhǎng)的ZnO納米帶/線，相對(duì)均勻、結(jié)晶性較好、為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量較高。用微探針輔助轉(zhuǎn)移構(gòu)筑了單根ZnO納米帶/線器件并對(duì)其電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，由I-V曲線可得ZnO納米帶/線與電極形成了不對(duì)稱的背靠背的肖特基接觸。此外，我們簡(jiǎn)要介紹了模擬軟件計(jì)算流程和使用到的物理

5、公式和模型，建立了二維肖特基器件結(jié)構(gòu)模型。
　　其次，我們利用微探針測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于不同載流子濃度的ZnO納米帶/線器件肖特接觸微區(qū)的電勢(shì)進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明不同濃度的肖特基器件的電阻的分壓都是隨著反向偏壓的增大而增加。當(dāng)載流子濃度較高的時(shí)，耗盡層較?。寒?dāng)載流子濃度低時(shí)，發(fā)現(xiàn)了器件的橫向夾斷效應(yīng)，并且當(dāng)反向偏壓增加時(shí)發(fā)現(xiàn)耗盡層橫向耗盡后會(huì)向軸向進(jìn)行擴(kuò)展。同時(shí)利用ATLAT模擬軟件采用二維肖特基器件結(jié)構(gòu)模型對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行理論模擬，模

6、擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。模擬結(jié)果顯示，肖特基接觸微區(qū)半導(dǎo)體材料內(nèi)部的電極，沿軸向方向電勢(shì)分布不均勻，沿橫向方向耗盡程度不同。
　　最后，我們采用半導(dǎo)體模擬軟件分析了隧穿模型和遷移率模型下的I-V曲線。在發(fā)現(xiàn)橫向未耗盡時(shí),隧穿模型下I-V曲線向上彎曲，遷移率模型下的I-V曲線向下彎曲。隧穿模型下I-V曲線有更加豐富的形狀是由于不同偏壓下的電流密度的分布不同。另外，我們考察了不同載流子濃度、電極長(zhǎng)度、勢(shì)壘對(duì)器件輸運(yùn)特性的影響。