準一維納米結構寬帶隙半導體的場致過熱電子發(fā)射模型研究.pdf

1、近年來，關于半導體納米結構的電子場發(fā)射的報道很多，但是相關的理論研究仍然比較缺乏。因此，許多重要的實驗觀測現象并沒有從物理機理上得到很好的解釋。實驗觀測的主要現象有：發(fā)射曲線在FN坐標下的非線性、利用FN理論計算的線性段的場增強因子過大以及發(fā)射曲線隨溫度變化的熱敏性質等。
　　 由于外加電場可以滲透進半導體內部，改變半導體能帶結構和表面電子能量，從而將會影響電子的發(fā)射，使得場發(fā)射的電壓電流關系變的復雜。由V.R.Latham，K

2、.H.Bayliss和許寧生共同建立的場致過熱電子發(fā)射模型(LBX模型)，考慮了電場滲透對絕緣層能帶的影響和對電子的“加熱”作用，并將電子有效溫度公式和熱發(fā)射方程引入到場發(fā)射電流電壓關系的計算中。本文通過修改LBX模型，將其運用到準一維寬帶隙半導體納米結構的場發(fā)射中，針對上述實驗現象開展了研究工作。
　　 本文在場致過熱電子發(fā)射模型的基礎上做了一系列的工作，分述如下：
　　 (1)通過考慮滲透電場使能帶彎曲和表面態(tài)間跳躍

3、電流的電子傳輸作用，從能帶圖出發(fā)，描述了準一維寬帶隙半導體納米材料的電子輸運方式和表面過熱電子云的形成。
　　 (2)將LBX模型應用到準一維寬帶隙半導體納米線場發(fā)射的解釋中，引入電子有效溫度公式和熱發(fā)射方程，給出電流密度電場強度關系、電流電壓關系并推導出場致過熱電子發(fā)射的場增強因子與FN曲線斜率的關系表達式。
　　 (3)針對氧化鋅進行計算，分別引入電子有效溫度公式到熱電子發(fā)射公式和普遍適用的Murphy-Good積分

4、公式的數值計算中，證明了熱電子發(fā)射方程在通常的實驗電場范圍內適用于場致過熱電子發(fā)射模型的計算，只有在電場很高時才需要運用數值計算的結果。場致過熱電子發(fā)射在電場不高時，其發(fā)射曲線在FN坐標下近似為直線，在高電場時呈現非線性性質。
　　 (4)針對已發(fā)表的各種氧化鋅準一維納米結構陣列的場發(fā)射的實驗結果進行計算，與FN理論擬合得到超大的場增強因子不同，我們的計算結果場增強因子與幾何因子(l/r)較為接近。另外我們還計算了有效發(fā)射面積并

5、擬合了實驗的電流密度電場強度關系曲線。
　　 (5)針對本組單根氧化鋅納米線的實驗結果進行計算，同樣計算了場增強因子和有效發(fā)射面積，并擬合了發(fā)射曲線。同時我們還運用有限元方法計算了非金屬模型的單根氧化鋅納米線周圍的電場分布，從而計算得到幾何場增強因子，這個結果與運用場致過熱電子發(fā)射模型從實驗曲線計算的結果相符合。
　　 (6)由于場致過熱電子電子發(fā)射模型中引入了電子有效溫度，其本身就具有環(huán)境溫度的參數，因此具有隨溫度變化