【摘要】：隨著近些年來納米科技的迅猛發(fā)展,納米材料及器件的研究已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。氧化銦(In_2O_3)納米線因其具有較大的禁帶寬度、可見光區(qū)域的高透明性及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等特性,廣泛應(yīng)用于傳感器、催化劑和場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域。本文針對(duì)In_2O_3納米線開展了以下的工作。1.制備并表征In_2O_3納米線的材料結(jié)構(gòu)。本文以In_2O_3粉末、石墨粉末為制備原料,表面預(yù)先沉積的金納米顆粒的硅片作為基底,金納米顆粒充當(dāng)催化劑,利用化學(xué)氣相沉積法制備出In_2O_3納米線材料。隨后對(duì)其進(jìn)行表征。結(jié)果表明,制備的材料的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶型,材料沿該晶面指數(shù)(222)優(yōu)先生長,有較高的結(jié)晶度。數(shù)量較為可觀,尺寸分布均勻且比較細(xì)。2.設(shè)計(jì)并制備了三種不同柵極絕緣層的In_2O_3納米線場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistors,FET)。本文分別以氮化硅(Si_3N_4)、二氧化硅(SiO_2)和氧化鉿(HfO_2)三種材料作為柵極絕緣層,In_2O_3納米線材料為有源層,硅片作為襯底,金與鉻金屬材料為電極的In_2O_3納米線FET。3.測試并分析了不同類型的In_2O_3納米線FET的電學(xué)性能。本文分別對(duì)Si_3N_4、SiO_2和HfO_2充當(dāng)三種柵極絕緣層的In_2O_3納米線FET進(jìn)行了電學(xué)性能測試,其開關(guān)比分別高達(dá)10~7、10~6和10~8,閾值電壓值分別為-2.8 V、-3.2 V和-12.1 V,場效應(yīng)遷移率分別約為120 cm~2 V~(-1) s~(-1)、40 cm~2 V~(-1) s~(-1)和115 cm~2 V~(-1) s~(-1),器件的亞閾值斜率分別為0.17 V/dec、0.15 V/dec和0.18 V/dec。結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)并制備的三類In_2O_3納米線FET器件均為增強(qiáng)型FET,但各自的電學(xué)性能特點(diǎn)有所不同:Si_3N_4柵絕緣層FET遷移率較高,SiO_2柵絕緣層FET開關(guān)比與亞閾值斜率性能較為良好。上述分析對(duì)于In_2O_3納米線FET的制備與應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

這些缺陷的產(chǎn)生給電子的填充提供了有利條件，所以 In2O3材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。圖1-1 (a)立方晶型的 In2O3晶胞，圖 1-1 (b)單晶 In2O3中兩個(gè)銦原子的位置。圖 1-1 (a) 立方晶型的 In2O3晶胞， (b) 單晶 In2O3中兩個(gè)銦原子的位置從圖中可以看到，In2O3晶胞中原子較多，晶胞中氧原子和銦原子的原子數(shù)之比為 3/2，晶胞中每個(gè)銦原子都有六個(gè)氧原子包圍，而且銦原子都位于立方體體心的位置，但銦原子與氧原子的排列方式有兩種，一種是立方體的上表面有 4 個(gè)氧原子，下表面有 3 個(gè)氧原子。另一種是立方體的上、下表面各含有 3 個(gè)氧原子。材料的晶胞結(jié)構(gòu)決定了材料自身的許多性能。In2O3獨(dú)特的晶胞結(jié)構(gòu)使得其具有高達(dá) 3.55~3.7 eV 的禁帶寬度、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、可見光區(qū)域的高透明性，可見光透光率高達(dá) 82%等優(yōu)點(diǎn)[9,10]。一維納米材料因其特殊的尺寸和獨(dú)特的特性

圖 2-1 四種 FET 結(jié)構(gòu)示意圖2.3 FET 工作原理晶體管工作原理是利用改變柵極分別與源、漏兩個(gè)電極之間的電場來控制器件導(dǎo)電性能。其主要因?yàn)闁艠O與溝道之間有一層絕緣層介質(zhì)，溝道電流是有源層和柵極絕緣層之間的界面電荷變化形成的，電荷的多少是通過柵極電壓進(jìn)行控制。導(dǎo)電溝道是通過增加電壓來調(diào)控導(dǎo)電溝道的尺寸，隨之而來是導(dǎo)電溝道電阻大小的轉(zhuǎn)變，以此來控制源、漏兩個(gè)電極之間的轉(zhuǎn)移電流[51]。n 型晶體管是因其多數(shù)載流子為電子，所以器件通過自由電子進(jìn)行導(dǎo)電，而 p 型晶體管中多數(shù)載流子為空穴，所以器件通過空穴進(jìn)行導(dǎo)電。根據(jù)器件載流子的導(dǎo)電方式的不同，我們可以把 FET 大致分為增強(qiáng)型器件和耗盡型器件兩類。當(dāng) FET 呈關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，此時(shí)柵極與源極之間電壓（Vg）為零，隨著柵極與源極之間加上適當(dāng) Vg后，，載流子發(fā)生運(yùn)動(dòng)到柵極，從而使得柵極區(qū)域的載流子數(shù)量產(chǎn)生明顯變化，導(dǎo)電溝道形成，晶體管呈現(xiàn)開啟狀態(tài)。對(duì)于增強(qiáng)型器件而言，當(dāng)柵極與源極之間的電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，柵極區(qū)域的載流子數(shù)量明顯增多，導(dǎo)電溝
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ133.53;TB383.1;TN386

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本文編號(hào)：2601702