InN納米線反常輸運性質研究.pdf

1、近年來，Ⅲ族氮化物半導體如GaN、A1N和InN在光電子器件以及高速晶體管領域的潛在應用價值而受到廣泛的研究。理論研究表明，InN在所有的Ⅲ族氮化物中具有最高的飽和電子漂移速度、最小的有效電子質量以及較高的電子遷移率，因此，InN材料被認為是理想的光電（如激光二極管、高效太陽能電池）、高頻、大功率、高速電子器件。本論文主要研究了InN納米線的反常輸運性質。InN納米線的輸運性質的研究對進一步理解InN材料的物理性質，促進InN材料在電學

2、光學裝置中的應用具有重要的意義。 本論文主要由以下幾章組成： 第一章簡要介紹了InN材料的基本性質、制備、電學特性、光學特性以及最新的應用。 第二章介紹了近年來實驗中發(fā)現(xiàn)的InN納米線電阻、電導率反?，F(xiàn)象，以及相關的理論研究。06年Chang等人在測量InN納米線時發(fā)現(xiàn)，當納米線的直徑小于90納米時，納米線的電阻會隨著橫截面積的減小而減小。這違反歐姆定律，是InN納米線的反常輸運性質。07年Calleja等人的研

3、究發(fā)現(xiàn)直徑較?。?0-100nm）時InN納米線的電導率是隨著其直徑的倒數(shù)的增大而增大的。電導率的變化表現(xiàn)了InN納米線的輸運性質的特殊性。通過對以前相關理論研究的分析，發(fā)現(xiàn)雜質原子的散射和過長的橫截長度LT導致的接觸電阻RC的變化雖然對納米線的電阻有一定影響但應當不是導致電阻反常現(xiàn)象的主要原因。這些理論分析沒有考慮到InN材料的獨特性質，即高濃度的表面電子積累層。因此難以反映InN納米線反常輸運的真正的微觀機理。 在第三章中，

4、具體研究了高濃度的表面電子積累層對InN納米線輸運性質的影響，給出了對于InN納米線微觀輸運機理的研究結果。由于表面電子積累層這一獨特性質，InN材料的電輸運方式可分為表面?zhèn)鲗Ш腕w傳導兩部分。第一，根據(jù)InN納米線的性質把InN薄膜中的平均載流子濃度公式推廣到InN納米線中得到InN納米線中的平均載流子濃度公式，并找到一個平均載流子濃度與遷移率關系公式。由這兩個公式，給出InN納米線中的電導率公式，發(fā)現(xiàn)納米線的電導率是隨著納米線半徑的減

5、小而增大的，從而解釋了07年Calleja等人的實驗結果。第二，由InN納米線中的電導率公式進一步推導出小半徑（<～50nm）和大半徑（>～50mn）兩種情況下的電導公式。發(fā)現(xiàn)當InN納米線半徑很大時（>～50nm），體傳導占支配地位，表面?zhèn)鲗Э梢院雎?，納米線的總電導公式可以回到歐姆定律；而當InN納米線的半徑較小時（<～50nm），表面?zhèn)鲗д贾涞匚?，體傳導可以忽略，由納米線的總電導公式可知納米線的總電導隨著半徑的減小而增大，這與06