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

【摘要】：界面工程學(xué)逐漸成為近年來半導(dǎo)體納器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。ZnO作為種直接帶隙n型半導(dǎo)體,具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等特點(diǎn),特別是壓電和半導(dǎo)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(xué)。本論文采用化學(xué)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(duì)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?qǐng)鱿碌难葑円?guī)律；提出了金屬顆粒表面修飾增強(qiáng)壓電電勢(shì)的有效手段。利用原子力顯微鏡導(dǎo)電Pt/Ir針尖與ZnO側(cè)面接觸,研究了應(yīng)力誘導(dǎo)的壓電極化電荷對(duì)肖特基界面載流子傳輸行為的調(diào)控機(jī)制。ZnO微米線受到應(yīng)力時(shí)在ZnO-Pt/Ir界面產(chǎn)生正極化電荷降低了界面肖特基勢(shì)壘高度,導(dǎo)致源漏電流隨著應(yīng)力的增大指數(shù)增大。根據(jù)這種原理設(shè)計(jì)并構(gòu)建了懸臂式的ZnO-Pt/Ir肖特基結(jié)的壓電子應(yīng)力傳感器,器件靈敏度達(dá)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(cè)下限。間距由300μm提高到540μm時(shí),應(yīng)力每增加10 nN, ZnO-Pt/Ir肖特基勢(shì)壘高度變化量提高65%。這是由于間距越大,相同應(yīng)力下產(chǎn)生的壓電電勢(shì)增大。利用阻抗測(cè)試分析了不同應(yīng)力下的肖特基界面,發(fā)現(xiàn)1.47%的壓應(yīng)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(yàn)證了應(yīng)力產(chǎn)生的極化電荷可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肖特基界面的調(diào)控。構(gòu)建了異質(zhì)結(jié)自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器,研究了壓電極化電荷對(duì)異質(zhì)結(jié)界面光電響應(yīng)的調(diào)控機(jī)制。ZnO/Au肖特基型自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器對(duì)紫外光響應(yīng)靈敏度為103,響應(yīng)及回復(fù)時(shí)間均小于0.1 s。當(dāng)ZnO受到0.580%的拉應(yīng)變時(shí),光電流提高了530%,光電流的增加是由于ZnO在拉應(yīng)變下產(chǎn)生負(fù)壓電極化電荷,從而增大了肖特基勢(shì)壘高度,促進(jìn)了光生電子空穴對(duì)的分離。第二種是ZnO/P-Si的pn結(jié)型自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器,零偏壓時(shí)器件對(duì)紫外光的響應(yīng)靈敏度達(dá)到104,響應(yīng)及回復(fù)時(shí)間均小于0.2s。壓應(yīng)變?yōu)?.6%時(shí)光響應(yīng)電流減小了56.4%,這是由于壓應(yīng)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(chǎng)下壓電極化電荷對(duì)異質(zhì)結(jié)界面調(diào)控的失效行為。隨著紫外光照強(qiáng)度的增大,每1%壓應(yīng)變引起的界面勢(shì)壘高度變化量逐漸減小。這種光照下壓電勢(shì)對(duì)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(qiáng)了自由電子對(duì)壓電勢(shì)的屏蔽效果。光照強(qiáng)度為1.2 mW/cm2時(shí),電子濃度達(dá)到了1019 cm-3,壓電勢(shì)被完全屏蔽,壓電電子學(xué)效應(yīng)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(shì)。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(jī)輸出提高了10倍,證實(shí)了載流子濃度的減小顯著地削弱了屏蔽效應(yīng)。電化學(xué)阻抗譜測(cè)試結(jié)果表明Au修飾后,發(fā)電機(jī)阻抗增大了10倍,時(shí)間常數(shù)提高了5倍以上,進(jìn)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(shì)被屏蔽的效果減弱,有利于壓電勢(shì)對(duì)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(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ132.41;TB383.1

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本文編號(hào)：2048714