基于原位透射電子顯微學(xué)的Zn2GeO4與ZnSe納米線的電學(xué)性能研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷縮小，一維納米線將成為構(gòu)建新型納米器件的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)、性能決定了納米器件的可靠性、穩(wěn)定性。其中Zn2GeO4(ZGO)納米線和ZnSe納米線因其可宏觀制備、與硅工藝兼容、具有獨(dú)特的物理特性等特點(diǎn)被廣泛研究以期用于新型電子器件，尤其是光電器件以及紫外光探測(cè)器件等等，因而研究其結(jié)構(gòu)、成分以及電學(xué)特性對(duì)未來器件的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
　　對(duì)上述納米線，當(dāng)前已有的研究往往只注重納米線的宏觀電學(xué)性能，尚無(wú)

2、法使之與其微觀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)合，仍處于“知其然而不知其所以然”的狀態(tài)。隨著原位電子顯微技術(shù)的發(fā)展，在電鏡中對(duì)納米材料進(jìn)行原位力電測(cè)試并同步進(jìn)行結(jié)構(gòu)觀察現(xiàn)已成為可能。本文利用原位透射電子顯微技術(shù)研究了Zn2GeO4(ZGO)納米線和ZnSe納米線的電學(xué)特性，并研究了焦耳熱和高能電子束輻照對(duì)ZGO納米線電學(xué)特性的影響。具體內(nèi)容包括:
　　1.研究了單晶及雙晶ZGO納米線的結(jié)構(gòu)以及電學(xué)特性。得出:單晶ZGO納米線結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，單晶ZGO

3、納米線的I-V曲線為對(duì)稱的S型曲線，計(jì)算得出直徑為300nm、長(zhǎng)度為1.7μm的ZGO納米線的電阻為18.3 MΩ，電阻率為30.6Ω·cm，載流子濃度為7.2×1014 cm-3，電子遷移率μ為454 cm2/V·s;雙晶ZGO納米線由于兩邊ZGO晶格取向不同而形成晶界，軸向接觸雙晶ZGO納米線所測(cè)得電流幾乎為零，分析是由于其自身存在晶界以及納米線過長(zhǎng)，阻礙載流子的移動(dòng)，表現(xiàn)出高阻特性，而徑向接觸雙晶ZGO納米線所測(cè)得I-V曲線為稍微

4、不對(duì)稱的S型曲線，分析是由于納米線與兩個(gè)電極接觸的有效面積不同，當(dāng)有效接觸面積較大的肖特基結(jié)處于反偏時(shí)，電流較大。
　　2.研究了ZnSe納米線的結(jié)構(gòu)以及電學(xué)特性。ZnSe納米線屬于閃鋅礦結(jié)構(gòu)，ZnSe納米線的I-V曲線為對(duì)稱的S型曲線，當(dāng)ZnSe納米線在受力的情況下結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，I-V曲線由對(duì)稱變?yōu)椴粚?duì)稱，當(dāng)在處于反偏的肖特基結(jié)上施加應(yīng)力時(shí)，相應(yīng)的I-V曲線會(huì)出現(xiàn)電流激增的拐點(diǎn)，隨后電流在一定范圍內(nèi)震蕩，呈現(xiàn)出擊穿的特性;計(jì)算

5、得出直徑為88 nm、長(zhǎng)度為262 nm的ZnSe納米線的本征參數(shù):電阻為11 MΩ，電阻率為25.5Ω·cm，載流子濃度為7.7×1016 cm-3，電子遷移率μ為3.2 cm2/V·s。
　　3.研究了焦耳熱對(duì)ZGO納米線電學(xué)特性的影響。通過對(duì)同一根ZGO納米線進(jìn)行連續(xù)加電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著測(cè)試次數(shù)的增加，電流增加且I-V曲線的開啟電壓減小，隨后I-V曲線趨于穩(wěn)定且不隨測(cè)試次數(shù)改變。分析是由于在加電測(cè)試過程中，在電阻較大的接觸界面

6、處會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，焦耳熱對(duì)金屬與納米線接觸界面產(chǎn)生一定程度的退火作用，使得接觸狀況得到改善，且局部焦耳熱能去除界面處的吸附物，使得接觸電阻發(fā)生改變。因此納米線在加電測(cè)試過程中所產(chǎn)生的焦耳熱，有助于納米線與金屬電極更好地接觸從而獲得更加準(zhǔn)確的I-V曲線。
　　4.研究了電子束輻照對(duì)ZGO納米線電學(xué)特性的影響。在不同的電子束輻照強(qiáng)度下，對(duì)同一根ZGO納米線進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著電子束輻照強(qiáng)度的增加，流過納米線的電流增加且I-V曲線的開啟