本文選題：納米氧化鋅 + 壓電子器件　； 參考：《北京科技大學》2017年博士論文

【摘要】：界面工程學逐漸成為近年來半導體納器件領(lǐng)域的研究熱點。ZnO作為種直接帶隙n型半導體,具有優(yōu)異的光學、電學、力學等特點,特別是壓電和半導體耦合特性而在界面工程領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注,并發(fā)展成為一全新的研究領(lǐng)域-壓電電子學。本論文采用化學氣相沉積法和水熱法制備了高質(zhì)量的維ZnO納米材料,構(gòu)建了多種異質(zhì)結(jié)器件,系統(tǒng)研究了壓電極化電荷對異質(zhì)結(jié)界面載流子傳輸行為的調(diào)控規(guī)律；揭示了這種調(diào)控行為在光輻照場下的演變規(guī)律；提出了金屬顆粒表面修飾增強壓電電勢的有效手段。利用原子力顯微鏡導電Pt/Ir針尖與ZnO側(cè)面接觸,研究了應力誘導的壓電極化電荷對肖特基界面載流子傳輸行為的調(diào)控機制。ZnO微米線受到應力時在ZnO-Pt/Ir界面產(chǎn)生正極化電荷降低了界面肖特基勢壘高度,導致源漏電流隨著應力的增大指數(shù)增大。根據(jù)這種原理設(shè)計并構(gòu)建了懸臂式的ZnO-Pt/Ir肖特基結(jié)的壓電子應力傳感器,器件靈敏度達到451nA/pN。通過調(diào)節(jié)源漏極間距,提高了器件的靈敏度、分辨率和探測下限。間距由300μm提高到540μm時,應力每增加10 nN, ZnO-Pt/Ir肖特基勢壘高度變化量提高65%。這是由于間距越大,相同應力下產(chǎn)生的壓電電勢增大。利用阻抗測試分析了不同應力下的肖特基界面,發(fā)現(xiàn)1.47%的壓應變下肖特基界面電阻增加了250%,耗盡層寬度由150 nm增至435 nm,驗證了應力產(chǎn)生的極化電荷可以實現(xiàn)對肖特基界面的調(diào)控。構(gòu)建了異質(zhì)結(jié)自驅(qū)動光電探測器,研究了壓電極化電荷對異質(zhì)結(jié)界面光電響應的調(diào)控機制。ZnO/Au肖特基型自驅(qū)動光電探測器對紫外光響應靈敏度為103,響應及回復時間均小于0.1 s。當ZnO受到0.580%的拉應變時,光電流提高了530%,光電流的增加是由于ZnO在拉應變下產(chǎn)生負壓電極化電荷,從而增大了肖特基勢壘高度,促進了光生電子空穴對的分離。第二種是ZnO/P-Si的pn結(jié)型自驅(qū)動光電探測器,零偏壓時器件對紫外光的響應靈敏度達到104,響應及回復時間均小于0.2s。壓應變?yōu)?.6%時光響應電流減小了56.4%,這是由于壓應變下ZnO產(chǎn)生的正極化電荷引起pn結(jié)界面能帶凹陷,捕獲載流子,從而抑制了光電流的產(chǎn)生。構(gòu)建了ZnO/Au、ZnO/Pedot異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),揭示了在光場下壓電極化電荷對異質(zhì)結(jié)界面調(diào)控的失效行為。隨著紫外光照強度的增大,每1%壓應變引起的界面勢壘高度變化量逐漸減小。這種光照下壓電勢對界面調(diào)控能力減弱是由于光照下ZnO的載流子濃度升高增強了自由電子對壓電勢的屏蔽效果。光照強度為1.2 mW/cm2時,電子濃度達到了1019 cm-3,壓電勢被完全屏蔽,壓電電子學效應失效。制備了納米Au顆粒修飾的ZnO納米線陣列,提高了壓電電勢。Au顆粒誘捕ZnO中的自由電子在表面形成耗盡層,減小了ZnO中的自由電子濃度。Au修飾后構(gòu)筑的壓電發(fā)電機輸出提高了10倍,證實了載流子濃度的減小顯著地削弱了屏蔽效應。電化學阻抗譜測試結(jié)果表明Au修飾后,發(fā)電機阻抗增大了10倍,時間常數(shù)提高了5倍以上,進一步表明了Au顆粒修飾后ZnO中的自由電子濃度降低,壓電勢被屏蔽的效果減弱,有利于壓電勢對界面的調(diào)控。
[Abstract]:As a direct bandgap n - type semiconductor , ZnO has been widely paid attention in the field of interface engineering as a direct bandgap n - type semiconductor , and has been developed into a new field of research - piezoelectric electronics .
The evolution law of this kind of regulation behavior under the light irradiation field is revealed .
ZnO / Au Schottky self - driving photoelectric detectors have been designed and constructed to reduce the Schottky barrier height by adjusting source / drain spacing . The second is that ZnO / Au Schottky self - driving photoelectric detector has a negative piezoelectric polarization under tensile strain .
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ132.41;TB383.1

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本文編號：2048714