本文選題：氧化鋅納米線　切入點：氧化鋅納米帶　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在過去的數(shù)十年中,氧化鋅,由于其優(yōu)越的光電學(xué)性能(禁帶寬度:3.37 eV,激子束縛能:60 meV),吸引了越來越多研究者的注意。而納米結(jié)構(gòu)下的氧化鋅,進(jìn)一步提升了其光電學(xué)性能,例如納米結(jié)構(gòu)下大的比表面積可提升對氣體分子的表面吸附等等,使之在發(fā)光二極管、紫外光探測器、太陽能電池、光解水制氫等領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大的潛在應(yīng)用價值。其中,由于場效應(yīng)晶體管是電子器件中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),制備基于氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管,受到了科研工作者的廣泛關(guān)注與研究。然而,由于氧化鋅本征缺陷及表面態(tài)的復(fù)雜性,其對氧化鋅場效應(yīng)晶體管的性能有著非常重要的影響,因此揭示其物理機(jī)制并探究提高晶體管性能的有效方法就顯得尤為重要。此外,近年來隨著二維材料的興起,諸多超薄納米材料相繼被制備和研究,包括超薄氧化鋅納米帶結(jié)構(gòu),然而對其光電學(xué)性能的深入研究卻相對缺乏。有鑒于此,本論文將利用化學(xué)氣相沉積法生長氧化鋅納米線及超薄氧化鋅帶,并制備基于這些納米結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管及紫外光探測器件,在深入研究其光電性能的基礎(chǔ)上提出了提升晶體管性能包括遷移率、亞閾值斜率、開關(guān)比,實現(xiàn)閾值電壓及器件類型的調(diào)控,優(yōu)化紫外光探測性能的有效方法,并取得如下創(chuàng)新性成果:(1)介電層還原性氣氛退火對單根氧化鋅納米線晶體管性能的影響。實驗結(jié)果表明,介電層在還原氣氛退火后,晶體管性能有了大幅的提升,遷移率從2.0cm~2/V·s提高到37.9cm~2/V·s,開關(guān)比從10.6增加到2.6x104,而亞閾值斜率從74V/decade下降到1 V/decade。通過研究發(fā)現(xiàn)介電層還原氣氛退火可有效降低了介電層表面游離態(tài)氧濃度,從而降低游離態(tài)氧對氧化鋅納米線晶體管性能的負(fù)面影響,最終提升晶體管器件性能。(2)晶體管閾值電壓的調(diào)節(jié)及器件運行類型的調(diào)控。通過系統(tǒng)實驗研究發(fā)現(xiàn),氧化鋅納米線在氧氣氣氛中退火后,載流子濃度降低,相應(yīng)晶體管閾值電壓正向移動,器件類型從耗盡型轉(zhuǎn)變到增強(qiáng)型;而納米線在還原性氣氛退火后,納米線載流子濃度增大,器件閾值電壓負(fù)向移動。載流子濃度的變化主要和不同氣氛條件下退火,氧化鋅表面及內(nèi)部缺陷類型及濃度的變化有關(guān)。此外,當(dāng)氧化鋅納米線表面修飾上金顆粒之后,其相對應(yīng)晶體管閾值電壓也會發(fā)生正向移動,閾值電壓的變化主要來源于電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)。(3)制備并研究了超薄氧化鋅納米帶晶體管性能。發(fā)現(xiàn),相對于納米線晶體管而言,超薄氧化鋅納米帶晶體管遷移率有了大幅提升,部分器件遷移率達(dá)到200cm~2/V·s。器件性能的提升,來源于超薄納米帶的特殊結(jié)構(gòu)及覆蓋介電層的鈍化效應(yīng)。(4)超薄氧化鋅納米帶晶體管閾值電壓的調(diào)節(jié)及器件運行類型的調(diào)控。以Ti/Au電極作為氧化鋅納米帶晶體管源漏電極時,晶體管展現(xiàn)出負(fù)的閾值電壓,表明晶體管呈耗盡型;而當(dāng)MoOx/Au作為晶體管源漏電極時,氧化鋅納米線晶體管擁有正的閾值電壓,從而實現(xiàn)晶體管類型從耗盡型到增強(qiáng)型的轉(zhuǎn)變。當(dāng)MoOx修飾在氧化鋅表面時,可鈍化其表面吸附氧,釋放束縛態(tài)電子載流子,提高氧化鋅內(nèi)部載流子濃度,從而實現(xiàn)器件閾值電壓的調(diào)控。(5)研究了氧化鋅納米線對紫外光的探測性能,并通過引入肖特基勢壘提高器件對光的響應(yīng)能力。實驗表明,單根氧化鋅納米線對350 nm紫外光擁有良好的探測性能,同時通過在電極處引入肖特基勢壘,可極大提高納米線對紫外光的響應(yīng)速度。此外,通過改進(jìn)器件結(jié)構(gòu),構(gòu)建基于散亂分布的氧化鋅納米線的光探測器,利用線與線接觸處的勢壘,進(jìn)一步提高對紫外光的響應(yīng)速度及開關(guān)比。最終,探測器的開關(guān)比可為103,響應(yīng)及回復(fù)時間分別為12.1s和2.3s�？傊�,我們制備了基于氧化鋅納米線及納米帶的場效應(yīng)晶體管及紫外光探測器,并系統(tǒng)研究了介電層氣氛退火、納米線氣氛退火、氧化鋅表面金屬修飾對其晶體管性能的影響,同時也提出了一些用于改善氧化鋅紫外光探測器件性能的方法,為氧化鋅納米材料在半導(dǎo)體集成電路、氣氛探測、光探測等領(lǐng)域的實際應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。
[Abstract]:Zinc Oxide in the past few decades, and because of its excellent photoelectric properties (band width: 3.37 eV, exciton binding energy: 60 meV), has attracted more and more attention of researchers. The nano structure of the Zinc Oxide, to further enhance the optical electrical properties, such as nano structure under large surface area can enhance the adsorption of gas molecules and so on, so that the light emitting diode, UV detectors, solar cells, field water photolysis showed great potential application value. Among them, the field effect transistor is a basic structure in electronic devices, the preparation of nano field effect transistor based on the structure of Zinc Oxide, has been widely pay attention to research and study. However, because of the complexity of the intrinsic defects and surface state of Zinc Oxide, has a very important influence on the Zinc Oxide field effect transistor performance, thus revealing the It is particularly important to management mechanism and to explore the effective method to improve the performance of transistor. In addition, in recent years, with the rise of two-dimensional materials, nano materials have been many thin and Study on the preparation, including Zinc Oxide ultra-thin nanobelts, but the optical electrical properties of research is relatively lack. In view of this, this paper will use chemical gas phase deposition and ultrathin nanowires with Zinc Oxide Zinc Oxide, and the preparation of the nano structure field effect transistor and UV detector based on the basis of in-depth study on the photoelectric properties of the proposed to enhance transistor performance including mobility, sub threshold slope, switch control ratio, threshold voltage and device type, effective optimization method of UV detection performance, and innovative achievements are as following: (1) the dielectric layer reducing atmosphere annealing of single nanowire transistor performance of Zinc Oxide The effect. The experimental results show that the dielectric layer in a reducing atmosphere after annealing, the transistor performance has improved dramatically, the migration rate increased from 2.0cm~2/V s to 37.9cm~2/V s, the switching ratio increased from 10.6 to 2.6x104, and the sub threshold slope decreased from 74V/decade to 1 V/decade. through the study found that the dielectric layer reducing atmosphere annealing to effectively reduce the dielectric layer on the surface of free oxygen concentration, thereby reducing the negative effects of free oxygen in Zinc Oxide nanowire transistor performance, and ultimately enhance the performance of the transistor device. (2) the regulation of transistor threshold voltage regulation device and operation type. Through experimental study found that Zinc Oxide nanowires annealed in oxygen atmosphere, the carrier concentration decreases, the corresponding threshold voltage of a transistor is mobile, device type from depleted to enhanced; and nanowires in a reducing atmosphere after annealing, the nanowire carrier concentration The threshold voltage increases, the negative move. The change in carrier concentration and under different atmosphere conditions annealing, changes of the Zinc Oxide surface and internal defects of type and concentration. In addition, after surface modification of nano wire on Zinc Oxide gold particles, the corresponding transistor threshold voltage will move forward, the change of threshold voltage sources in the charge transfer effect. (3) the preparation and research of ultra-thin nanobelts Zinc Oxide transistor performance. It is found that, compared to the nanowire transistors, transistors with ultra-thin nano Zinc Oxide mobility has been greatly promoted, some device mobility reached 200cm~2/V / s. device performance, special from ultrathin nanobelts and passivation structure the effect of covering the dielectric layer. (4) Zinc Oxide ultra-thin nanobelts transistor threshold voltage regulation device and operation type regulation. Using Ti/Au electrode as Zinc Oxide With nano transistor source and drain electrodes, transistors exhibit negative threshold voltage, a depletion type transistor that; and when MoOx/Au as the transistor source and drain electrodes, Zinc Oxide nanowire transistors have positive threshold voltage, so as to achieve the type of transistor from depletion to enhanced transformation. When the MoOx surface can be modified in Zinc Oxide. The passivation of the surface adsorption of oxygen release of bound electron carriers, improve internal Zinc Oxide carrier concentration, so as to control the threshold voltage of the device. (5) study on the detection performance of Zinc Oxide nanowires to UV light, and improve the response capacity of the device to light through the introduction of the Schottky barrier. Experimental results show that the single nanowire has a good detection performance of Zinc Oxide on the 350 nm light, at the same time through the introduction of the Schottky barrier at the electrode, which can improve the response speed of nanowires to ultraviolet. In addition, through the improvement of The device structure, construction of light detector Zinc Oxide nanowires scattered distribution based on the use of line and line contact at the barrier, to further improve the response speed and switch to UV light than. Eventually, the switch ratio of the detector is 103, the response time and the recovery time were 12.1s and 2.3s. in short, we prepared nano wire and nano Zinc Oxide with field effect transistors and UV detectors based on, and study the dielectric layer annealing, nano wire annealing, metal surface modification effect on the Zinc Oxide transistor performance, it also puts forward some methods for improving the performance of Zinc Oxide UV detector, atmosphere detection of nanometer materials in Zinc Oxide semiconductor integrated circuit, which the foundation of practical application field of optical detection.

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ132.41;TB383.1

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭建斌,李永利,高鴻;離子敏感場效應(yīng)晶體管及其應(yīng)用[J];分析化學(xué);1995年07期

2 李東倉;王鵬;陳金伙;胡加興;張福甲;;并三苯場效應(yīng)晶體管的研制[J];功能材料與器件學(xué)報;2006年02期

3 吳銘;用分子束外延膜制造場效應(yīng)晶體管[J];稀有金屬;1979年01期

4 李先文,黃強(qiáng);小檗堿敏感場效應(yīng)晶體管的研制與應(yīng)用[J];分析化學(xué);1997年11期

5 湯慶鑫;李榮金;汪海風(fēng);李洪祥;胡文平;;小分子場效應(yīng)晶體管[J];化學(xué)進(jìn)展;2006年11期

6 李榮金;李洪祥;周欣然;胡文平;;聚合物場效應(yīng)晶體管材料及其器件[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年Z1期

7 劉雅玲;李洪祥;胡文平;朱道本;;有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管[J];化學(xué)進(jìn)展;2006年Z1期

8 ;中科院化學(xué)研究所在聚合物場效應(yīng)晶體管材料研究方面取得重要進(jìn)展[J];中國材料進(jìn)展;2012年11期

9 宋靜怡;江浪;董煥麗;胡文平;;有機(jī)微納晶場效應(yīng)晶體管[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年01期

10 線勵華;;砷化鎵場效應(yīng)晶體管年產(chǎn)量增長三倍[J];輕金屬;1985年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳永真;;新型高耐壓大功率場效應(yīng)晶體管[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

2 陶春蘭;董茂軍;張旭輝;張福甲;;并五苯場效應(yīng)晶體管的研制[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（2）[C];2007年

3 張亞杰;湯慶鑫;胡文平;李洪祥;;有機(jī)-無機(jī)復(fù)合單晶場效應(yīng)晶體管[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機(jī)固體材料分會場論文集[C];2008年

4 黃學(xué)斌;朱春莉;郭云龍;張仕明;劉云圻;占肖衛(wèi);;卟啉-三并噻吩共軛聚合物的合成及其場效應(yīng)晶體管特性[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機(jī)固體材料分會場論文集[C];2008年

5 趙廣耀;董煥麗;江浪;趙華平;覃翔;胡文平;;并五苯類似物單晶場效應(yīng)晶體管及其在乙醇?xì)怏w探測中的應(yīng)用[A];第十六屆全國晶體生長與材料學(xué)術(shù)會議論文集-08納米晶體及其表征[C];2012年

6 張亞杰;董煥麗;胡文平;;基于酞菁銅有機(jī)單晶微納米帶的雙極性場效應(yīng)晶體管及化學(xué)傳感器[A];全國第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

7 溫雨耕;狄重安;吳衛(wèi)平;郭云龍;孫向南;張磊;于貴;劉云圻;;硫醇修飾對N-型傒酰亞胺場效應(yīng)晶體管性能的影響[A];全國第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

8 劉南柳;周焱;彭俊彪;裴堅;王堅;;提拉法制備圖案化有機(jī)納米線場效應(yīng)晶體管[A];全國第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

9 于海波;田孝軍;于鵬;董再勵;;碳納米管場效應(yīng)晶體管的自動化裝配方法研究[A];2008’“先進(jìn)集成技術(shù)”院士論壇暨第二屆儀表、自動化與先進(jìn)集成技術(shù)大會論文集[C];2008年

10 呂琨;狄重安;劉云圻;于貴;邱文豐;;基于并三噻吩共聚物的空氣穩(wěn)定的OFET研究[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機(jī)固體材料分會場論文集[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 記者 劉霞;美研制出新式超導(dǎo)場效應(yīng)晶體管[N];科技日報;2011年

2 劉霞;隧道場效應(yīng)晶體管可為計算機(jī)節(jié)能99%[N];科技日報;2011年

3 記者 吳長鋒 通訊員 楊保國;我科學(xué)家成功制備二維黑磷場效應(yīng)晶體管[N];科技日報;2014年

4 湖南 黃金貴 編譯;場效應(yīng)晶體管傳感器的偏置點電路[N];電子報;2013年

5 成都 史為 編譯;場效應(yīng)晶體管和晶體三極管[N];電子報;2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 錢皓磊;氧化鋅納米結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管與光探測器件的研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 丁茜;氧化鋅微米柱陣列的缺陷及發(fā)光性質(zhì)研究[D];浙江大學(xué);2017年

3 鄧劍;雙極型有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管光電性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2016年

4 燕少安;鐵電場效應(yīng)晶體管的電離輻射效應(yīng)及加固技術(shù)研究[D];湘潭大學(xué);2016年

5 李誼;高性能有機(jī)場效應(yīng)晶體管的研究[D];南京大學(xué);2012年

6 鄒旭明;基于一維氧化銦納米線和二維硫化鉬高性能場效應(yīng)晶體管的研制[D];武漢大學(xué);2016年

7 謝立;超短溝道二硫化鉬場效應(yīng)晶體管的制備及其電學(xué)性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

8 肖永光;鐵電場效應(yīng)晶體管的保持性能與負(fù)電容效應(yīng)研究[D];湘潭大學(xué);2013年

9 劉林盛;場效應(yīng)晶體管的大信號模型研究[D];電子科技大學(xué);2011年

10 劉一陽;并五苯類有機(jī)小分子場效應(yīng)晶體管材料的合成與器件制備[D];蘭州大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 田小婷;GaSb/InAs異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管的性能分析[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

2 曹露雅;有機(jī)雙極型薄膜場效應(yīng)晶體管的制備和應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2015年

3 鄒素芬;新型有機(jī)小分子場效應(yīng)晶體管器件的制備及性能研究[D];杭州師范大學(xué);2015年

4 史柯利;聚合物場效應(yīng)晶體管的制備以及性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

5 李圣威;三柵場效應(yīng)晶體管（FinFET）電學(xué)特性的建模與仿真[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

6 陳玉成;基于并五苯的有機(jī)光敏場效應(yīng)晶體管的性能研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 秦亞;基于鐵電場效應(yīng)晶體管的基本門電路及靈敏放大器的TCAD模擬[D];湘潭大學(xué);2015年

8 吳傳祿;電離輻射對MFIS型鐵電場效應(yīng)晶體管電學(xué)性能的影響[D];湘潭大學(xué);2015年

9 彭龍;雙柵隧穿場效應(yīng)晶體管的模型研究[D];湘潭大學(xué);2015年

10 李凱;基于鐵電場效應(yīng)晶體管的查找表的設(shè)計與仿真[D];湘潭大學(xué);2015年

，

本文編號：1572147