磁場調控下ZnO納米帶肖特基勢壘輸運性質的研究.pdf

1、一維 ZnO納米材料包括納米線、納米帶和納米棒等材料的化學穩(wěn)定性很好，受力時不易斷裂，在光致發(fā)光和受激輻射時具有較低的閾值。這些優(yōu)異的性能使其能夠廣泛應用于二極管、場效應晶體管、整流器和傳感器等在信息科技領域有顯著應用的納米半導體器件中。
　　在使用一維ZnO半導體納米材料（如ZnO納米線）構筑半導體納米器件時，納米線與金屬電極相接觸，構成兩個金屬半導體結。金屬與半導體接觸一般形成歐姆接觸和肖特基接觸這兩個不同類型。歐姆接觸與肖特

2、基接觸最本質的區(qū)別在于金屬與半導體結處的電阻。由于肖特基接觸時，金屬與半導體之間存在接觸勢壘，肖特基接觸的電阻比較大。肖特基勢壘可以通光、電、力等多種過多種手段進行調節(jié)，因此，肖特基接觸半導體納米器件在光檢測器和整流器等方面有很好的應用前景。
　　對肖特基勢壘的調控及其輸運特性的研究是構筑和發(fā)展基于肖特基勢壘的新型納米電子器件的基礎。研究者們使用最多的方法就是選用具有合適的功函的金屬作為電極材料，可以達到直接控制勢壘高度的效果。利

3、用光電效應和壓電效應也可以調控勢壘高度。在磁場的作用下，材料也會表現(xiàn)出霍爾效應、磁阻效應等獨特的特性。通過對文獻的調研我們發(fā)現(xiàn)，雖然有人已經通過磁場來調節(jié)納米材料的輸運性質，但是他們的目標材料基本上都是材料本身含有鐵磁性的物質或者在材料中摻雜磁性物質。氧化鋅作為一種應用廣泛的半導體材料，我們采用磁場控制這種新的手段來研究它的肖特基勢壘結構的輸運性質，并有望控制其勢壘結構滿足市場上對相關器件電學性能的要求。這是一個全新的并且具有很重要的科

4、研價值和市場價值的研究方向。
　　在本論文中，我們首先采用化學氣相沉積法在P型Si基底上成功生長出了ZnO納米帶。表征結果顯示我們合成的 ZnO納米帶為六角纖維鋅礦結構，沿著（0001）方向生長，結晶性良好，純度高，產量大，均勻性和重復性都很好。然后通過電場組裝的方法，我們在Au電極上構筑了兩電極單根ZnO納米帶器件，ZnO納米帶與兩個Au電極形成非對稱接觸。
　　其次，我們研究了常溫下單根 ZnO納米帶肖特基器件勢壘的輸運

5、性質。然后，我們研究了低溫磁場調控下水平放置和豎直放置的單根 ZnO納米帶肖特基器件勢壘輸運性質。結果表明，ZnO納米帶與兩個Au電極形成背靠背的肖特基接觸，電流值隨溫度的降低而大幅度減小。水平放置的單根ZnO納米帶肖特基器件，ZnO納米帶和Au電極的肖特基接觸界面與所加磁場的方向垂直。在低溫段表現(xiàn)出了對磁場微弱的響應，加不同方向磁場時，樣品的I-V曲線特征不一樣。加方向豎直向上的磁場時，電流隨著磁場的增加而逐漸增大，加方向豎直向下的磁

6、場時，電流隨著磁場的增加無明顯變化。溫度在中溫度段和較高溫度段時，電流基本保持不變。豎直放置的單根 ZnO納米帶肖特基器件，ZnO納米帶和Au電極的肖特基接觸界面與所加磁場的方向平行。在低溫段表現(xiàn)出了對磁場較弱的響應，加不同方向磁場時，樣品的I-V曲線特征不一樣。加方向豎直向上的磁場時，電流隨著磁場的增加而逐漸減小，加方向豎直向下的磁場時，電流隨著磁場的增加而逐漸增大。溫度在中溫度和較高溫度段時，電流基本保持不變。
　　最后，我們

7、構建了霍爾勢壘理論模型：在加有偏壓的單根 ZnO納米帶肖特基器件上加載磁場時，由于霍爾效應在肖特基結上附加一個勢壘，我們稱之為霍爾勢壘，導致肖特基勢壘高度發(fā)生變化，器件的電流也因此發(fā)生變化。我們還對霍爾勢壘理論模型進行了分析。結果表明，加方向豎直向上的磁場時，單根 ZnO納米帶肖特基器件產生霍爾勢壘，引起肖特基勢壘高度減小，且變化量隨磁場強度的增加而逐漸增大；加方向豎直向下的磁場時，霍爾勢壘引起肖特基勢壘勢壘高度增加，且變化量隨磁場強度