天線電池用MIM隧道二極管的制備及表征.pdf

1、光伏發(fā)電是解決能源危機和環(huán)境污染的有效途徑之一。為實現(xiàn)該技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用必須提高其轉(zhuǎn)化效率并降低其發(fā)電成本。傳統(tǒng)太陽電池是利用光的粒子性，受禁帶寬度的制約，單節(jié)太陽電池在不聚光的情況下存在31％的極限效率。天線太陽電池則是利用光的波動性，其通過天線對太陽光的高效共振吸收并通過整流器將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，理論效率可達到卡諾原理的極限。為實現(xiàn)可見光頻率下的整流，金屬-絕緣體-金屬隧道二極管(Metal-Insulator-Metal，MI

2、M)就成為了最佳選擇。由于寄生電容的存在限制了其截至頻率，故為實現(xiàn)其高頻應(yīng)用需要盡可能小的寄生電容，也就是需要實現(xiàn)MIM中金屬與絕緣層間接觸面積的最小化。
　　本文采用簡單經(jīng)濟的工藝制備出具有納米尺度接觸面積的MIM二極管。這種工藝是基于氧化鋁模板的納米級管道尺寸能實現(xiàn)二極管的小接觸面積以及NiOx絕緣層能通過熱氧化法制備。在此基礎(chǔ)上，我們研究了熱處理工藝、金屬電極功函數(shù)差、金屬與絕緣層接觸面積對MIM二極管電學(xué)性能的影響。主要研

3、究結(jié)論如下:
　　(1)采用電化學(xué)沉積法制備金屬電極、熱氧化法制備絕緣層成功制備了Ni-NiOx-Cu隧道二極管。由于AAO模板的孔道控制了金屬與氧化層間接觸面積，制備的二極管最小的金屬與氧化物間接觸面積為0.002μm2，理論計算其截止頻率可以達到64THz。(I)-(V)測試表明在厚度為12nm的NiOx絕緣層的二極管具有明顯的非對稱性，其在0.1V偏壓下取得的零偏靈敏度是7.3V-1。
　　(2)采用熱氧化法在100℃

4、到300℃溫度下熱處理12h到96h制備的NiOx膜為非晶相，厚度在2～18nm之間;且NiOx膜為非化學(xué)計量比化合物，Ni、O原子比隨著溫度的升高從1∶1到0.68∶1變化。隨著NiOx膜層制備過程中熱氧化時間的延長或熱氧化溫度的升高，Ni-NiOx-Cu二極管的零偏電阻和零偏靈敏度都顯著升高，這是由于絕緣層厚度的增大及膜層質(zhì)量的提高引起的。
　　(3)金屬電極的功函數(shù)差能顯著影響MIM二極管I-V曲線的非對稱性fASYM和非線

5、性fASYM。Ni-NiOx-Co二極管I-V曲線的非對稱性不明顯，這是由于當(dāng)金屬電極的功函數(shù)差△Φ與κBT相當(dāng)時，環(huán)境對電子的能量的擾動明顯，使得MIM二極管I-V曲線表現(xiàn)為對稱性特征。Ni-NiOx-Ag二極管的非線性小于Ni-NiOx-Cu二極管的相應(yīng)值，這可能是由于Cu比Ag更易于氧化導(dǎo)致形成了MIIM雙絕緣層結(jié)構(gòu)。
　　(4)Ni-NiOx-Cu二極管的零偏電阻隨著金屬與氧化物的接觸面積的增大從1.2MΩ銳減到0.007