氧化物半導(dǎo)體納米線肖特基勢壘的調(diào)控及在氣敏檢測方面的研究.pdf

1、基于肖特基勢壘的器件在近年來展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，對(duì)勢壘的調(diào)控和發(fā)展肖特基勢壘器件在新領(lǐng)域中的應(yīng)用是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。在本論文中，我們分別探索了幾種有效調(diào)控勢壘和光響應(yīng)的方法，對(duì)p型氧化物半導(dǎo)體CuO納米線的光電流產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行探討，并發(fā)展了一種基于光照的肖特基勢壘器件在氣敏檢測方面的應(yīng)用方法。
　　 在第一章中，我們對(duì)一維納米光電子器件研究的現(xiàn)狀，及基于肖特基勢壘構(gòu)筑的光電功能器件的現(xiàn)狀、性能的調(diào)控等進(jìn)行了介紹。并以此為基礎(chǔ)，明確提出

2、了本論文的選題、意義和主要研究內(nèi)容。
　　 在第二章工作中，我們主要用電場組裝的方法結(jié)合電沉積技術(shù)，在CuO納米線背靠背肖特基勢壘結(jié)構(gòu)上沉積金屬Cu，并通過燒結(jié)處理，使Cu氧化成CuO，處理后，電流增大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，我們發(fā)現(xiàn)處理前后樣品的電流傳輸特性都被鏡像力模型下的勢壘反向電流控制。處理后樣品電流的增大主要是由于新的電流傳輸通道的形成，并且勢壘比處理前降低了105meV，勢壘降低的主要原因是由于在電沉積和高溫退火的過程中CuO

3、納米顆粒的表面懸空Cu鍵被有效的鈍化，從而部分消除了表面態(tài)?；诖朔椒ㄎ覀儗?duì)組裝后的納米線器件一端進(jìn)行電沉積并高溫退火，成功構(gòu)筑較高開關(guān)比的二極管，電場組裝和電化學(xué)沉積相結(jié)合為調(diào)控表面態(tài)和勢壘高度提供了一個(gè)簡單而有效的方法。另外，我們發(fā)現(xiàn)兩端直徑不對(duì)稱的一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的器件有較高的整流比，為簡易構(gòu)筑肖特基二極管的提供一個(gè)新的方法?；贑uO表面氧吸附不顯著的推測，我們?cè)诳諝夂透呒兊獨(dú)猸h(huán)境中對(duì)納米線器件的電輸運(yùn)性質(zhì)和光電流隨時(shí)間變化性能

4、分別進(jìn)行了測試，并且對(duì)其光電流的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在空氣中光電流的產(chǎn)生有兩個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于本征光電流和光致氧的吸附過程，發(fā)現(xiàn)器件的響應(yīng)和回復(fù)時(shí)間都比較短。
　　 第三章工作中，基于羧基類化合物可以調(diào)控ZnO納米器件的輸運(yùn)性質(zhì)的報(bào)道，我們先用交流電場組裝的方法構(gòu)筑了單根CuO納米線器件，然后用帶有苯環(huán)的巰基類化合物對(duì)納米線表面修飾敏化，結(jié)果表明敏化后暗態(tài)電流變小，勢壘增大，但是光響應(yīng)卻顯著增強(qiáng)。分析勢壘變化的原因是由于敏化后在

5、納米線和電極界面處引入一個(gè)分子偶極層。相當(dāng)于在原來納米線的內(nèi)建場的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)同向的電場，使勢壘增高，同時(shí)也提高了內(nèi)建場分離光生激子的效率；另外，敏化處理后SAMs在納米線的表面形成有序排列苯環(huán)膜，這種有序排列的苯環(huán)分予由于π-π堆積能使電子在膜中以躍遷的形式運(yùn)動(dòng)。因此光生的電子能通過納米線表面的SAMs層有效傳輸，同時(shí)光生的空穴能在體內(nèi)通過未耗盡的核傳輸，然后在和電極接觸處以隧穿方式轉(zhuǎn)移到金屬電極，使光響應(yīng)增大。
　　 在第

6、四章工作中，我們基于對(duì)肖特基勢壘在氣敏方面的優(yōu)異性能的報(bào)道，結(jié)合我們前期在肖特基勢壘器件方面的研究及光照可以提高納米線表面催化活性考慮，我們計(jì)算了CuO納米線器件的有效接觸勢壘高度，發(fā)現(xiàn)隨著偏壓的增大，有效勢壘值減小。初步搭建了氣敏檢測的試驗(yàn)平臺(tái)，研究了一維CuO和SnO2肖特基納米線器件在室溫和高溫情況下、暗態(tài)和UV光照時(shí)對(duì)低濃度H2S氣體的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于CuO納米器件，不加光時(shí)在室溫和200℃時(shí)對(duì)低濃度的H2S氣體均無響應(yīng)，在光

7、照時(shí)，室溫下仍無響應(yīng)，高溫200℃時(shí)可以檢測到電流的變化，而且隨著H2S濃度的增大，電流的變化逐漸達(dá)到飽和。我們初步提出一個(gè)模型來解釋響應(yīng)的機(jī)理。而對(duì)于SnO2納米線器件，室溫暗態(tài)時(shí)對(duì)H2S氣體沒有響應(yīng)，而250℃響應(yīng)最大，可達(dá)到107.4％；對(duì)樣品進(jìn)行UV光照時(shí)，室溫和高溫時(shí)都大大提高了樣品對(duì)氣體的響應(yīng)，其中在250℃響應(yīng)可達(dá)797.1％，提高了七倍多，但是關(guān)于光照導(dǎo)致檢測靈敏度的增強(qiáng)具體原因還在進(jìn)一步探討中。基于此研究希望發(fā)展一種在