InN納米線反常輸運性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體如GaN、A1N和InN在光電子器件以及高速晶體管領(lǐng)域的潛在應(yīng)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(zhì)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(zhì)。InN納米線的輸運性質(zhì)的研究對進一步理解InN材料的物理性質(zhì)，促進InN材料在電學(xué)

2、光學(xué)裝置中的應(yīng)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(zhì)、制備、電學(xué)特性、光學(xué)特性以及最新的應(yīng)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(dǎo)率反?，F(xiàn)象，以及相關(guān)的理論研究。06年Chang等人在測量InN納米線時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(zhì)。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(dǎo)率是隨著其直徑的倒數(shù)的增大而增大的。電導(dǎo)率的變化表現(xiàn)了InN納米線的輸運性質(zhì)的特殊性。通過對以前相關(guān)理論研究的分析，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)原子的散射和過長的橫截長度LT導(dǎo)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(yīng)當(dāng)不是導(dǎo)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(zhì)，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(zhì)的影響，給出了對于InN納米線微觀輸運機理的研究結(jié)果。由于表面電子積累層這一獨特性質(zhì)，InN材料的電輸運方式可分為表面?zhèn)鲗?dǎo)和體傳導(dǎo)兩部分。第一，根據(jù)InN納米線的性質(zhì)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(guān)系公式。由這兩個公式，給出InN納米線中的電導(dǎo)率公式，發(fā)現(xiàn)納米線的電導(dǎo)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(jié)果。第二，由InN納米線中的電導(dǎo)率公式進一步推導(dǎo)出小半徑（<～50nm）和大半徑（>～50mn）兩種情況下的電導(dǎo)公式。發(fā)現(xiàn)當(dāng)InN納米線半徑很大時（>～50nm），體傳導(dǎo)占支配地位，表面?zhèn)鲗?dǎo)可以忽略，納米線的總電導(dǎo)公式可以回到歐姆定律；而當(dāng)InN納米線的半徑較小時（<～50nm），表面?zhèn)鲗?dǎo)占支配地位，體傳導(dǎo)可以忽略，由納米線的總電導(dǎo)公式可知納米線的總電導(dǎo)隨著半徑的減小而增大，這與06