硼摻雜的納米管MOSFET的光電輸運(yùn)特性研究.pdf

1、當(dāng)器件的尺度進(jìn)入納米量級(jí),許多新的現(xiàn)象都展現(xiàn)在人們面前,并表現(xiàn)出其潛在巨大的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí),納米管中空的管狀結(jié)構(gòu)使得它在分子存儲(chǔ)和輸運(yùn)、受約束化學(xué)反應(yīng)、光和氣體傳感等方面有著其它材料無法比擬的優(yōu)勢;獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和量子限域效應(yīng)使得納米管表現(xiàn)出奇特的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和磁學(xué)現(xiàn)象。納米管MOSFET性能上具有諸多優(yōu)勢,已經(jīng)越來越得到人們的廣泛關(guān)注。
　　 本文首先利用場依賴的遷移率模型的二維數(shù)值模擬,對硼摻雜的納米管MOSFET的光電輸運(yùn)

2、特性進(jìn)行了研究。諸如:導(dǎo)電溝道的摻雜濃度、氧化層厚度(SiO2)、導(dǎo)電溝道的電阻(Si殼層)及尺寸大小對于納米管MOSFET導(dǎo)電溝道輸運(yùn)特性的影響,以及外加光源產(chǎn)生的光電流。
　　 研究結(jié)果表明B摻雜濃度越高,導(dǎo)電性越好,這是因?yàn)楦邼舛鹊膿诫s提高了導(dǎo)電的載流子濃度,從而提高了遷移率μ。另外,納米管Si殼層的厚度越大,長度越短,導(dǎo)電性也就越好,但是Si殼層不宜過厚,導(dǎo)電溝道也不宜過短,否則會(huì)產(chǎn)生電流崩塌、器件抗擊穿特性下降、器件對

3、于柵控的敏感性上升或下降等負(fù)效應(yīng)。關(guān)于SiO2的厚度,對于P型溝道器件,當(dāng)柵極電壓大于0,SiO。越厚導(dǎo)電性越好;當(dāng)柵極電壓小于0,SiO2越薄導(dǎo)電性越好;對于n型溝道器件,則結(jié)果正好相反,這是由半導(dǎo)體表面的勢壘高度和費(fèi)米能級(jí)的位置所決定的。
　　 我們的理論結(jié)果定性的與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的很好,并且進(jìn)一步優(yōu)化了器件模型,以達(dá)到更為優(yōu)良的輸運(yùn)特性。
　　 另外,本文詳細(xì)討論研究了器件外部環(huán)境參數(shù)(外加光照)對硅殼層納米管MOS

4、FET輸運(yùn)特性的影響。結(jié)果表明,當(dāng)入射光波長等于半導(dǎo)體的本征吸收限時(shí),半導(dǎo)體所產(chǎn)生的光響應(yīng)達(dá)到最大值,即產(chǎn)生的光電流達(dá)到最大值,而當(dāng)入射光波長大于半導(dǎo)體本征吸收限時(shí),光響應(yīng)將迅速下降。另外,當(dāng)硅納米管殼層厚度從薄增厚到60nm左右時(shí),光電流達(dá)到最大值,繼續(xù)增大殼層厚度,光電流又開始下降。這是由于當(dāng)入射光波長較大,即入射光波長較接近于吸收層(即硅納米管殼層)厚度時(shí),吸收在硅殼層中占主導(dǎo)作用,因此增厚硅殼層厚度可減弱吸收效應(yīng),增大擴(kuò)散效應(yīng),

5、使擴(kuò)散與吸收趨向于平衡,從而使光電流增大;而當(dāng)吸收層厚度較大,入射光波長相對于硅殼層厚度較小時(shí),擴(kuò)散在殼層中占主導(dǎo)作用,因此繼續(xù)增厚殼層厚度會(huì)使得擴(kuò)散更為顯著,而吸收更加微弱,從而使光電流減小。當(dāng)吸收層中的擴(kuò)散與吸收效應(yīng)趨于平衡時(shí),光電流達(dá)到最大值。另外,驗(yàn)證了光電流隨著光強(qiáng)的增大而單調(diào)遞增。
　　 最后我們對器件中的多數(shù)載流子-空穴的密度分布進(jìn)行了詳細(xì)的模擬分析討論。得出了兩種材料的功函數(shù)之差造成空穴耗盡的結(jié)論并進(jìn)行了分析。<