高性能磷摻雜硫化鎘納米帶場效應管及其光電性能研究.pdf

1、硫化鎘(CdS)室溫下的禁帶寬度為2.4eV，是探測可見光的重要半導體材料之一，其獨特的光電學性質及廣泛應用前景引起了科技工作者的極大興趣。伴隨著納米技術的快速發(fā)展，針對CdS納米結構的合成與性質研究越來越深入，同時，基于CdS納米器件如光電二極管、傳感器和場效應管及邏輯電路等的研究也備受關注。
　　 本文系統(tǒng)地研究了磷摻雜CdS納米帶場效應管的電學及光學的性能。首先，采用熱蒸發(fā)的方法，合成磷摻雜CdS納米帶。然后制備出基于Cd

2、S：P納米帶的普通結構場效應管，并對其電學性能進行分析研究。隨后，采用高介電常數(shù)的柵極介質和頂柵結構的方法，分別制備出高性能納米器件，并對其光學及電學性能進行了系統(tǒng)研究，重點闡述了提高納米場效應管器件性能的方法，對同類器件的制備及性能提高具有參考意義，有利于相關納米器件的實際應用。取得的主要成果如下：
　　 1、采用熱蒸發(fā)的方法，以硫化鎘和磷粉作為蒸發(fā)源和摻雜源，硅片和金分別作為襯底和催化劑，合成了形貌均勻一致的磷摻雜硫化鎘納米

3、帶。對合成工藝參數(shù)，溫度、氣壓、氣流量及時間進行了系統(tǒng)分析和研究，獲得了最佳的工藝條件。分析表明，用此方法合成的樣品為沿[001]面生長的六方纖鋅礦結構的納米帶，其寬度在0.5-1微米之間、厚度大約為30納米、長度在30-60微米之間。實驗結果證明，此方法工藝簡單，成本低廉，能夠大量合成納米材料且能實現(xiàn)有效摻雜，同時，也可以通過適當改變合成工藝參數(shù)有效調節(jié)樣品的形貌以獲得所需要的樣品。
　　 2、分別采用光刻法和MASK模板法兩

4、種方法制備了基于單根磷摻雜硫化鎘納米帶的底柵場效應。兩種方法都采用表面帶有300nm厚的SiO2層的重摻雜Si片作為基體，其中p+-Si和SiO2分別作為場效應管的柵極和柵極絕緣層；磷摻雜CdS納米帶作為場效應管的溝道；使用金屬銦制備場效應管的源極和漏極，從而成功制備磷摻雜CdS納米帶底柵場效應晶體管。
　　 3、系統(tǒng)研究了磷摻雜CdS納米帶底柵場效應管的電學和光電學性能。電學性能測試表明制備的器件為n溝道場效應管，CdS納米帶

5、的電導隨柵壓增加(或減小)而增加(或減小)，其跨導、載流子遷移率、閾值電壓和亞閾值擺幅分別為7.2nS、14.8cm2/Vs、-14.3V和25V/dec。光電測試結果顯示，磷摻雜CdS納米帶對可見光比較敏感，光照下電流為暗電流的10倍，且光譜響應分析顯示波長小于517nm的光對CdS納米帶場效應管的溝道電流有顯著提高。
　　 4、在300℃下對CdS納米帶底柵場效應器件進行十分鐘退火處理，能夠明顯改善器件性能。經(jīng)分析可知，退火

6、消除了納米帶和金屬電極的接觸勢壘，并激活了P的受主，因此電流比退火前提高了近一個數(shù)量級，其跨導gm=70nS，載流子遷移率μn=140cm2/Vs也提高了近10倍。
　　 5、采用高介電常數(shù)氧化鉿柵極介質作絕緣層，構造頂柵結構，進一步提高磷摻雜CdS納米帶場效應管的性能。通過三步精確定位光刻方法，制備具有30nm氧化鉿絕緣層的頂柵結構CdS納米帶場效應管。其跨導、載流子遷移率、電流開關比、閾值電壓和亞閾值擺幅分別為0.87μS、