p-型硒化鋅納米線的合成及其納米光電子器件應(yīng)用.pdf

1、由于準(zhǔn)-維納米結(jié)構(gòu)有很大的比表面積,表面效應(yīng)對其自身的電學(xué)、機械以及化學(xué)特性產(chǎn)生很大的影響,有研究發(fā)現(xiàn)由于表面吸附效應(yīng),碳納米管具有負的光電導(dǎo)效應(yīng),即加光照電導(dǎo)降低,關(guān)閉光照后又重新恢復(fù)。這種由于表面效應(yīng)引起的現(xiàn)象將會在新型納米光電器件研究中有重要應(yīng)用。
　　 硒化鋅(ZnSe,Eg=2.7 eV)作為寬禁帶化合物半導(dǎo)體,在光電子器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本征ZnSe體現(xiàn)弱n-型半導(dǎo)體的特點,目前已經(jīng)可以通過鋁(Al)、氯(Cl

2、)等元素的摻雜實現(xiàn)高電導(dǎo)的n-型ZnSe。但是由于自補償效應(yīng),ZnSe的p-型摻雜還很難實現(xiàn),這成為基于ZnSe的納米電子器件如p-n結(jié)器件以及各種互補器件制備的障礙。
　　 我們系統(tǒng)地研究了熱蒸發(fā)方法合成磷(P)、鉍(Bi)等元素原位摻雜的p-型ZnSe納米線,并對其形貌、物性和結(jié)構(gòu)進行了表征。發(fā)現(xiàn)所合成p-型ZnSe納米線由于其表面效應(yīng)具有負光響應(yīng)特點,并研究了基于此現(xiàn)象的納米器件特性。同時研究基于p-型ZnSe納米線底柵金

3、屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)、金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MESFET)等。研究內(nèi)容為實現(xiàn)新型光電導(dǎo)器件、互補光響應(yīng)器件以及互補邏輯器件打下了基礎(chǔ)。取得成果主要如下:
　　 1.用熱蒸發(fā)的方法合成了p-型ZnSe:P納米線,利用掃描電子顯微鏡(FESEM)、EDS能譜分析、透射電子顯微鏡(HRTEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)、光致發(fā)光能譜、X-射線光電子能譜(XPS)等對所合成納米線進行表征。分析表明ZnSe納米線為單

4、晶六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),尺寸均一,直徑約為100-500nm,長度長達數(shù)十微米。通過后退火工藝激活摻雜源后對其進行測試。測試表明ZnSe:P納米線具有獨特的負光響應(yīng),分析表明該特性主要是由空氣中納米線表面氧分子吸附與光致解吸附導(dǎo)致。其響應(yīng)度和光電導(dǎo)增益分別為R=455 A／W,G=1.2×103。利用p-型ZnSe的負光響應(yīng)特點以及n-型ZnSe正光響應(yīng)特點首次制備了互補光電探測器。同時還制備了基于單根ZnSe:P納米線的底柵金屬-氧化物-半

5、導(dǎo)體場效應(yīng)管(Back-gate MOSFET),并通過該場效應(yīng)器件的柵電壓控制特點來,驗證了ZnSe:P納米線的p-型摻雜特點。經(jīng)計算其空穴遷移率、空穴濃度分別為μb=1.74×10-2cm2V-1s-1和nh=6.5x1018 cm-3。
　　 2.采用綠色金屬Bi粉作為摻雜源,用熱蒸發(fā)的方法合成了p-型ZnSe:Bi納米線,并對所合成的ZnSe納米線進行表征。分析表明ZnSe納米線為單晶立方閃鋅礦結(jié)構(gòu),尺寸均一,直徑約為1

6、00-700nm,長度約為數(shù)十至數(shù)百微米。以Au電極作為源漏電極、Al電極作為柵極,制備了基于單根ZnSe:Bi納米線的金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管。并通過該場效應(yīng)器件的柵電壓控制特點來,驗證了ZnSe:Bi納米線的p-型摻雜特點,其跨導(dǎo)和開關(guān)比分別為3nS和103。著重研究了Al／ZnSe:Bi納米線肖特基結(jié)光電特性。光響應(yīng)測試表明,該肖特基結(jié)在不同偏壓下具有不同的光響應(yīng),即:在正向偏壓(Al電極接地)下具有負的光響應(yīng),在負向偏壓下具有正的光