磁場(chǎng)調(diào)控下ZnO納米帶肖特基勢(shì)壘輸運(yùn)性質(zhì)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(xué)穩(wěn)定性很好，受力時(shí)不易斷裂，在光致發(fā)光和受激輻射時(shí)具有較低的閾值。這些優(yōu)異的性能使其能夠廣泛應(yīng)用于二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、整流器和傳感器等在信息科技領(lǐng)域有顯著應(yīng)用的納米半導(dǎo)體器件中。
　　在使用一維ZnO半導(dǎo)體納米材料（如ZnO納米線）構(gòu)筑半導(dǎo)體納米器件時(shí)，納米線與金屬電極相接觸，構(gòu)成兩個(gè)金屬半導(dǎo)體結(jié)。金屬與半導(dǎo)體接觸一般形成歐姆接觸和肖特基接觸這兩個(gè)不同類型。歐姆接觸與肖特

2、基接觸最本質(zhì)的區(qū)別在于金屬與半導(dǎo)體結(jié)處的電阻。由于肖特基接觸時(shí)，金屬與半導(dǎo)體之間存在接觸勢(shì)壘，肖特基接觸的電阻比較大。肖特基勢(shì)壘可以通光、電、力等多種過(guò)多種手段進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，肖特基接觸半導(dǎo)體納米器件在光檢測(cè)器和整流器等方面有很好的應(yīng)用前景。
　　對(duì)肖特基勢(shì)壘的調(diào)控及其輸運(yùn)特性的研究是構(gòu)筑和發(fā)展基于肖特基勢(shì)壘的新型納米電子器件的基礎(chǔ)。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(dá)到直接控制勢(shì)壘高度的效果。利

3、用光電效應(yīng)和壓電效應(yīng)也可以調(diào)控勢(shì)壘高度。在磁場(chǎng)的作用下，材料也會(huì)表現(xiàn)出霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)等獨(dú)特的特性。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，雖然有人已經(jīng)通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)納米材料的輸運(yùn)性質(zhì)，但是他們的目標(biāo)材料基本上都是材料本身含有鐵磁性的物質(zhì)或者在材料中摻雜磁性物質(zhì)。氧化鋅作為一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料，我們采用磁場(chǎng)控制這種新的手段來(lái)研究它的肖特基勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)性質(zhì)，并有望控制其勢(shì)壘結(jié)構(gòu)滿足市場(chǎng)上對(duì)相關(guān)器件電學(xué)性能的要求。這是一個(gè)全新的并且具有很重要的科

4、研價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)值的研究方向。
　　在本論文中，我們首先采用化學(xué)氣相沉積法在P型Si基底上成功生長(zhǎng)出了ZnO納米帶。表征結(jié)果顯示我們合成的 ZnO納米帶為六角纖維鋅礦結(jié)構(gòu)，沿著（0001）方向生長(zhǎng)，結(jié)晶性良好，純度高，產(chǎn)量大，均勻性和重復(fù)性都很好。然后通過(guò)電場(chǎng)組裝的方法，我們?cè)贏u電極上構(gòu)筑了兩電極單根ZnO納米帶器件，ZnO納米帶與兩個(gè)Au電極形成非對(duì)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(shì)壘的輸運(yùn)

5、性質(zhì)。然后，我們研究了低溫磁場(chǎng)調(diào)控下水平放置和豎直放置的單根 ZnO納米帶肖特基器件勢(shì)壘輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明，ZnO納米帶與兩個(gè)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(chǎng)的方向垂直。在低溫段表現(xiàn)出了對(duì)磁場(chǎng)微弱的響應(yīng)，加不同方向磁場(chǎng)時(shí)，樣品的I-V曲線特征不一樣。加方向豎直向上的磁場(chǎng)時(shí)，電流隨著磁場(chǎng)的增加而逐漸增大，加方向豎直向下的磁

6、場(chǎng)時(shí)，電流隨著磁場(chǎng)的增加無(wú)明顯變化。溫度在中溫度段和較高溫度段時(shí)，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(chǎng)的方向平行。在低溫段表現(xiàn)出了對(duì)磁場(chǎng)較弱的響應(yīng)，加不同方向磁場(chǎng)時(shí)，樣品的I-V曲線特征不一樣。加方向豎直向上的磁場(chǎng)時(shí)，電流隨著磁場(chǎng)的增加而逐漸減小，加方向豎直向下的磁場(chǎng)時(shí)，電流隨著磁場(chǎng)的增加而逐漸增大。溫度在中溫度和較高溫度段時(shí)，電流基本保持不變。
　　最后，我們

7、構(gòu)建了霍爾勢(shì)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(chǎng)時(shí)，由于霍爾效應(yīng)在肖特基結(jié)上附加一個(gè)勢(shì)壘，我們稱之為霍爾勢(shì)壘，導(dǎo)致肖特基勢(shì)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(duì)霍爾勢(shì)壘理論模型進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，加方向豎直向上的磁場(chǎng)時(shí)，單根 ZnO納米帶肖特基器件產(chǎn)生霍爾勢(shì)壘，引起肖特基勢(shì)壘高度減小，且變化量隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而逐漸增大；加方向豎直向下的磁場(chǎng)時(shí)，霍爾勢(shì)壘引起肖特基勢(shì)壘勢(shì)壘高度增加，且變化量隨磁場(chǎng)強(qiáng)度