發(fā)布時(shí)間：2019-11-27 07:01

【摘要】：由于氧化物具有硅與I11-V族材料所不具有的眾多優(yōu)異特性,氧化物界面研究逐漸成為近年來(lái)半導(dǎo)體界面工程學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在眾多半導(dǎo)體氧化物中,ZnO由于寬禁帶、高激子結(jié)合能與高電子遷移率而受到廣泛關(guān)注。此外,ZnO中多種性質(zhì)共存且相互作用,使其成為研究多場(chǎng)耦合現(xiàn)象最為理想的材料之一,并產(chǎn)生一種新的研究領(lǐng)域-壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)。本論文圍繞納米ZnO的制備、異質(zhì)結(jié)器件的構(gòu)建及其損傷服役行為,系統(tǒng)研究了多場(chǎng)耦合對(duì)ZnO納器件性能的調(diào)控作用。闡述了力場(chǎng)／光場(chǎng)對(duì)ZnO電輸運(yùn)性能的影響,深入分析了應(yīng)力場(chǎng)對(duì)異質(zhì)結(jié)光電器件載流子行為的調(diào)控機(jī)理,從屏蔽效應(yīng)及界面角度研究了光場(chǎng)對(duì)壓電電子器件性能的影響。利用化學(xué)氣相沉積法制備了生長(zhǎng)過(guò)程遵從氣-液-固與氣-固生長(zhǎng)機(jī)理的ZnO納米線。研究了水熱法中生長(zhǎng)次數(shù)及添加劑對(duì)產(chǎn)物形貌的影響：有限元模擬結(jié)果顯示,較小的直徑及較大的長(zhǎng)度均有助于提高納米棒的壓電性能。水熱法制備了釩摻雜ZnO納米棒陣列,摻雜濃度0.8 at.%時(shí)測(cè)得最大納米棒壓電系數(shù)16.7 pm/V。結(jié)合雙光束激光干涉與水熱法制備了垂直生長(zhǎng)的圖案化ZnO納米棒陣列。利用C-AFM研究了壓電電子效應(yīng)與材料表面極性的關(guān)系以及力場(chǎng)／光場(chǎng)耦合對(duì)Pt/Ir-ZnO肖特基異質(zhì)結(jié)電輸運(yùn)性能的調(diào)控作用。對(duì)于沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)且具有Zn終面的ZnO納米棒,在垂直壓應(yīng)力作用下Pt/Ir-ZnO界面肖特基勢(shì)壘升高；而對(duì)于沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)且具有O終面的ZnO納米棒,施加壓應(yīng)力界面肖特基勢(shì)壘降低;沿ZnO納米棒m軸施加應(yīng)力,肖特基勢(shì)壘變化可以忽略。對(duì)于c軸取向且具有Zn終面的ZnO來(lái)說(shuō),當(dāng)同時(shí)施加0.46州壓力與0.52 mW/cm2 355 nm光照時(shí),Pt/Ir-ZnO電輸運(yùn)曲線與無(wú)應(yīng)力且無(wú)光照下曲線基本吻合。構(gòu)建了半導(dǎo)體ZnO/溶液型自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器,零偏壓下器件光暗電流比約為102,響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間為0.11 s。對(duì)ZnO施加0.15%壓縮應(yīng)變時(shí)器件光電流提高48%。電化學(xué)阻抗譜測(cè)試結(jié)果表明,應(yīng)力場(chǎng)下ZnO中產(chǎn)生帶負(fù)電的壓電極化電荷造成界面能帶彎曲,耗盡區(qū)寬度從4.6 nm增加至6.3 nm。因此,產(chǎn)生的有效光生載流子數(shù)量增多且傳輸路徑變短,光電流增大。該測(cè)試手段可以作為壓電調(diào)控作用定量研究的一種參考方法。構(gòu)建了ZnO/Cu2O全氧化物pn異質(zhì)結(jié)型自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器,系統(tǒng)研究了應(yīng)力場(chǎng)下ZnO中壓電電荷對(duì)p型Cu20中耗盡區(qū)寬度的影響規(guī)律以及光強(qiáng)與壓電調(diào)控能力的關(guān)系。零偏壓下器件響應(yīng)度2.32 mA/W,響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間分別為0.22 s和0.32 s。電容-電壓表征結(jié)果顯示,ZnO中產(chǎn)生的壓電電荷不但能夠影響ZnO側(cè)空間電荷區(qū)大小,同樣可以調(diào)控與其接觸的p型材料一側(cè)耗盡區(qū)。該器件在17.2 mW/cm2光強(qiáng)下每增加0.1%應(yīng)變,光電流增加2.2%；87.8 mW/cm2光強(qiáng)下每增加0.1%應(yīng)變光電流增加1.2%。這是由于高光強(qiáng)下Cu20中載流子濃度升高,屏蔽了部分壓電電荷造成的。研究了金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)的ZnO壓電電子應(yīng)力傳感器在不同強(qiáng)度紫外光場(chǎng)下的性能演變規(guī)律。無(wú)光照下,壓電電子器件對(duì)0.53%壓縮應(yīng)變響應(yīng)比約為200且具有良好重復(fù)性與穩(wěn)定性；響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間為0.3 s。隨著紫外光強(qiáng)的增大,器件響應(yīng)比從200減小到0.0017。這是由于光照下ZnO內(nèi)部自由電子濃度升高,體屏蔽效應(yīng)增強(qiáng)以及界面整流特性消失造成的。當(dāng)光強(qiáng)大于0.7mW/cm2,即ZnO中載流子濃度大于1018-1019 cm-3時(shí),0.53%應(yīng)變所產(chǎn)生的壓電電荷幾乎被自由電子完全屏蔽,器件失效。
【圖文】：

圖２－３采用水熱法制備的ＺｎＯ巧陣列頂視與側(cè)視ＳＥＭ圖逡逑

其優(yōu)異的力學(xué)性能也是ＺｎＯ力光電z1合研巧成為提。但是，，納米材料由于晶體取向及尺寸效應(yīng)的影響，力面結(jié)構(gòu)等因素有直接關(guān)系，因此力學(xué)參數(shù)的確定又具有很的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。目前，研巧納米材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)方法主點(diǎn)彎曲法、拉伸法及計(jì)算機(jī)理論模擬等，測(cè)量的性能主強(qiáng)度Ｗ及疲勞性能ＩＷ。逡逑性能逡逑應(yīng)變提內(nèi)邋＇

本文編號(hào)：2566513