氧化物半导体纳米线肖特基势垒的传输特性及其控制方法研究

论文摘要

在本论文的研究中,我们研究了表面态和势垒结构对CuO、ZnO等氧化物半导体纳米线肖特基势垒输运特性的影响,基于对表面态和势垒结构的调控,探索了几种对纳米线肖特基势垒输运特性进行调控的方法。在此基础上,发展了几种基于纳米线肖特基势垒的新型光电功能器件。在研究表面态对CuO纳米线肖特基势垒输运的影响时,我们发现了表面态在纳米线表面的条状分布特性,并发展了一种对纳米线表面态进行空间分布成像的方法。另外,我们提出了部分耗尽的肖特基势垒二维结构模型,利用该模型,对CuO纳米线背靠背肖特基势垒结构中与接触长度比有关的整流特性,以及ZnO纳米线肖特基势垒光电二极管的不饱和光电流特性进行了解释。我们探索和发展了多种对势垒的输运特性进行调控的方法:构筑了三肖特基势垒结构,研究了该结构中势垒间输运特性的相互影响;发展了AFM刻蚀和电沉积结合烧结等两种钝化悬空键的有效方法;提出了一种利用局域光照对纳米线背靠背结构中的两个势垒分别进行控制的方法。另外,在ZnO纳米线背靠背肖特基势垒结构中,在电学脉冲的控制下,可以对两个势垒的势垒高度分别进行控制,使正负电流表现出独立的开关特性,以此为基础,发展了双向可控肖特基势垒整流器和三稳态存储器等新原理性器件。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 基于一维肖特基势垒的纳米光电子器件的研究
• 1.1.1 肖特基二极管整流器的研究
• 1.1.2 肖特基势垒场效应晶体管的研究
• 1.2 半导体纳米线肖特基势垒的研究现状
• 1.2.1 势垒的反向不饱和电流
• 1.2.2 对势垒高度的调控
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 论文的选题、目标和意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 表面态和势垒结构对纳米线肖特基势垒光电输运特性的影响
• 2.1 前言
• 2.2 利用导电探针原子力显微镜研究CuO 纳米线表面态的空间分布特性
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 纳米线的合成与测试方法
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.4 结论
• 2.3 CuO 纳米线背靠背肖特基势垒结构中接触长度比引起的整流特性
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 随机沉积结合AFM 刻蚀构筑单根纳米线器件
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.3.4 结论
• 2.4 ZnO 纳米线肖特基势垒光电二极管的不饱和光电流特性
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 电场组装法构筑单根纳米线器件
• 2.4.3 结果与讨论
• 2.4.4 结论
• 2.5 本章小结
• 第3章 纳米线肖特基势垒输运特性的调控方法探索
• 3.1 前言
• 3.2 半导体纳米线三肖特基势垒结构的输运特性研究
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 电子束刻蚀方法构筑纳米线三肖特基势垒结构
• 3.2.3 三肖特基势垒结构的输运特性
• 3.2.4 结论
• 3.3 利用AFM 刻蚀在双层电极上构筑金属-半导体异质纳米结构
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 AFM 机械刻蚀的条件探索
• 3.3.3 金属－半导体异质结构的构筑
• 3.3.4 结论
• 3.4 电沉积方法对CuO 纳米线肖特基势垒接触特性的调控
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 实验方法
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.4 结论
• 3.5 局域光照对CuO 纳米线背靠背结构中整流特性的调控
• 3.5.1 引言
• 3.5.2 实验方法
• 3.5.3 结果与讨论
• 3.5.4 结论
• 3.6 本章小结
• 第4章 ZnO 纳米线背靠背肖特基势垒结构中电学开关特性的研究和原型器件的构筑
• 4.1 前言
• 4.2 正负电流的电学开关特性
• 4.2.1 低导曲线和高导曲线的特征描述
• 4.2.2 电学的开关态与电压之间的关系
• 4.3 开关机理的讨论
• 4.3.1 势垒高度变化引起的开关特性
• 4.3.2 高导曲线中的电压分配关系
• 4.3.3 势垒高度变化的可能机理讨论
• 4.4 原型器件的构筑
• 4.4.1 双向可控肖特基势垒整流器
• 4.4.2 三稳态存储器
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT