整流天線太陽電池用MIM隧穿二極管的研究.pdf

1、光伏發(fā)電是能源危機(jī)的有效解決方案。為了該技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，必須提高其發(fā)電效率并降低成本。傳統(tǒng)太陽電池基于光的粒子性，效率受到半導(dǎo)體禁帶寬度的制約，單節(jié)電池存在31％的理論上限。整流天線太陽電池基于光的波動性，其通過天線將太陽光吸收并轉(zhuǎn)化為高頻交流電，然后通過整流器輸出直流電，因而具有超高的理論效率極限。為實(shí)現(xiàn)紅外、可見光頻率下的整流，金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal，MIM)隧穿二極管是可行的選擇

2、。實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的整流性能和高的截止頻率，是MIM二極管在應(yīng)用上的關(guān)鍵問題。
　　本文采用平面型MIM二極管，考察絕緣層制備工藝、金屬功函數(shù)差、絕緣層厚度、絕緣層材料對MIM二極管電學(xué)性能的影響，并研究了雙絕緣層的MIIM二極管相對于MIM二極管的電學(xué)性能的增強(qiáng)作用;通過陽極氧化鋁模板制備了整流性能優(yōu)良的高頻Ni-NiO-Ag MIM二極管，并考察了其電學(xué)性能。主要結(jié)論如下:
　　(1)器件產(chǎn)出率隨著界面粗糙度的降低而升高。與熱氧

3、化、等離子體氧化、相比，原子層沉積能更有效地降低Al底電極的粗糙度，因此是制備絕緣層的最佳方法。
　　(2)隨著金屬電極功函數(shù)差的增大，Al-Al2O3基MIM二極管的非對稱性、最大靈敏度單調(diào)遞增。
　　(3)隨著絕緣層厚度的增加，零偏壓電阻單調(diào)遞增，且增加幅度也隨著絕緣層厚度而增加。絕緣層厚度從4nm增至10nm時，零偏壓電阻從45KΩ增至350KΩ，增長了將近8倍;最大靈敏度從2增至5.5V-1。
　　(4)隨著絕

4、緣層電子親和勢按4.1、3.9、1.3 eV逐步降低，即勢壘高度按0.18、0.38、2.98eV升高，MIM二極管的零偏壓電阻從19KΩ增加到23KΩ再劇增到2.6MΩ;最大靈敏度從7降至4.7再至2。
　　(5)Al-ZnO-TiO2-Al二極管的勢壘階梯較小，所以由于階躍隧穿而引起的增強(qiáng)效應(yīng)就比較不顯著，最大非對稱性為3.5，最大靈敏度為6.7V-1左右;Al-ZnO-Al2O3-Al二極管的勢壘階梯較大，階躍隧穿的增強(qiáng)效應(yīng)

5、相當(dāng)顯著，最大非對稱性高達(dá)90，是金屬功函數(shù)差最大的Al-Al22O3-Pt MIM二極管的對應(yīng)值的9倍，且最大靈敏度高達(dá)40V-1。
　　(6)孔洞直徑為20nm的模板將二極管的接觸面積限制為3.1×10-4μm2。Ni納米線在300℃下熱氧化12h在頂部得到非晶態(tài)的NiO，厚度為6nm。據(jù)此可估算二極管的截止頻率為343THz。Ni-NiO-Ag MIM二極管的I-V性質(zhì)具有高度的非對稱性和良好的非線性。最大靈敏度為8.5 V