ZnO納米線肖特基勢壘調控及其光電特性研究.pdf

1、一維結構的氧化物半導體材料由于其潛在眾多的應用。如:紫外激光器,光敏二極管,氣敏傳感器和紫外光探測器等,并且作為構筑光電器件的結構單元受到越來越多的關注。光檢測器是半導體納米線是其中最廣泛的應用前景之一。而ZnO是一種典型的N型寬禁帶半導體,由于其寬禁帶和大的激子結合能(60meV),成本低廉,強的耐輻射性和易于制造等優(yōu)點成為光檢測領域最優(yōu)異的材料之一。
　　盡管許多研究組報道了ZnO納米線肖特基勢壘的光電輸運特性在整流和傳感器件

2、方面的優(yōu)異性能,越來越多的人對基于ZnO納米線肖特基勢壘紫外光檢測器開展了許多有意義的研究工作,但是仍存在一些問題需要我們進一步研究。
　　我們小組前期對ZnO和CuO納米線肖特基勢壘輸運性質的研究清楚的表明勢壘受納米線表面態(tài)的控制,但是由于表面態(tài)種類多樣、形式復雜,主要包括:形成離子型化學吸附的氧分子;深能級施主型缺陷的氧空位等,導致目前人們仍然無法對氧化物納米線肖特基勢壘的勢壘高度進行有效的控制。另外,不同類型的表面態(tài)(吸附氧

3、和氧空位)在紫外檢測中起的作用,同時對電學輸運性質、靈敏度和回復時間上產生的影響都有待進一步研究。
　　基于以上問題,在本論文中,我們選擇利用不同環(huán)境氣氛、不同光強以及對器件進行熱退火三種方式對單根ZnO納米線肖特基勢壘器件表面態(tài)進行調控,深入研究了氧吸附和脫附的具體過程及熱退火誘導下的ZnO納米線肖特基勢壘光電輸運性質。
　　具體的研究工作包括以下幾個部分:
　　首先在第二章中:我們采用自制的ZnO前驅體做原料,利用

4、氣-液-固vapour-liquid-solid(VLS)催化反應方法制備出了ZnO納米線,并對上述合成的ZnO納米線進行了X射線衍射譜、紫外可見吸收光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等一系列表征。利用介電泳(電場組裝)的方法實現(xiàn)了單根ZnO納米線器件的構筑。
　　成功構筑器件的基礎上,在第三章中,我們研究了ZnO納米線與金的肖特基接觸型的單根器件在N2和O2兩種氣氛下的I-V性質及其光電流隨時間的響應。發(fā)現(xiàn)暗態(tài)下,ZnO納米線

5、在O2氣氛中的電流較 N2氣氛明顯降低了大約一個數(shù)量級;紫外光照射下,在O2氣氛中光電流的上升和衰減速率都比在N2氣氛中的要快得多。然后,利用不同光強透過率的衰減片分別測試器件的IV特性,發(fā)現(xiàn)隨光強的增加光電流逐漸增加;并通過用四探針法測試器件的電阻,證實了光響應主要是本征電阻起作用,光照能夠有效減少單根ZnO納米線的表面勢壘。
　　在第四章中,我們研究了在氮氣環(huán)境下熱退火處理對單根ZnO納米線肖特基勢壘器件性質的調控作用。測試其