论文部分内容阅读
具有纤锌矿结构的ZnO是一种直接带隙、宽禁带的n型半导体材料,它在室温下的禁带宽度为3.37eV,激子结合能高达60 meV,是一种明星半导体材料。而作为一维材料的ZnO纳米线由于具有大的比表面积、高的表面活性以及优异的光电特性得到了广泛研究。其中,ZnO纳米线肖特基势垒器件在光检测、气体传感等方面表现出优异的性能。大量研究表明,纳米线表面吸附的氧气是调控势垒的关键因素。但是,在Au、Pt等贵金属与ZnO纳米线形成的肖特基势垒中,金属-半导体的功函差与吸附氧气同时对势垒的电学输运特性产生影响和控制作用,这对我们更加深入地研究吸附氧对肖特基势垒控制的机制、发展吸附氧的调控手段造成了困难。本文将采用功函数较低的Ag作为金属电极与ZnO纳米线形成接触,消除功函数差对势垒的影响,研究这种接触中氧气的吸附对肖特基势垒的控制作用,并研究光照、电压调控等手段对氧气吸附、脱附的控制作用,在此基础上发展新型的光电器件。 本研究分为三个部分:第一章介绍了研究背景,介绍了ZnO纳米线肖特基势垒的基本特性及其在发展高性能光电器件中的应用。氧气吸附是控制 ZnO纳米线肖特基势垒的关键因素,基于氧气吸附对势垒的控制,可以发展紫外光检测器、气敏传感器等器件。通过背景论述分析了目前研究中存在的问题,提出本论文的研究思路。第二章通过化学气相沉积(CVD)法在Si基底上制备了ZnO纳米线,并利用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射仪(XRD)对纳米线进行了表征。结果表明我们制备的纳米线产量大、结晶性优良,符合气-液-固(V-L-S)生长机理。同时,我们探索出了一种利用显微镜结合三维移动平台操控纳米Ag墨水在位制备ZnO纳米线器件的方法,该方法具有简便、高效、成本低的优点。通过电学测试,我们验证了低功函的Ag与ZnO纳米线之间可以形成肖特基势垒。通过光电流的测试,我们发现氧气吸附在Ag/ZnO肖特基势垒中起到关键的控制作用。第三章发现在Ag/ZnO纳米线肖特基势垒中,氧气的脱附受到紫外光照和反偏电压两种因素的调控,在此基础上发展了一种新型的电阻开关器件,这种器件只有在光照和反偏电压的共同作用下才能从高阻态变为低阻态,单独施加“光”或“电”其中的一种调控都不能产生电阻开关特性。通过对开关特性的分析,我们提出了氧气在光和电共同作用下的微观脱附机制。基于这种新型的电阻开关器件,我们发展出了两种新型器件:双向可控整流二极管,以及“光”“电”混合逻辑门电路。在双向可控整流二极管中,可以通过控制调控电压的极性来调控二极管的整流方向。在“光”“电”混合逻辑门电路中,可以对“光”和“电”两种不同类型的输入信号进行逻辑“与”门运算。