Nb:SrTiO3/ZnO外延异质结的整流效应研究

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当今社会是一个高速发展的信息化的社会。伴随着网络以及各种电子产品的快速发展,越来越多的人渴望新材料出现来改善目前单一材料的现状,从而更多的科研工作者计划并开展了各种异质结的相关研究工作。ZnO作为一种宽禁带(3.3 eV)、直接带隙的Ⅱ-Ⅵ族化合物,是具有六方纤锌矿结构半导体,因为其拥有较高的激子结合能以及透明导电性,在蓝紫外发光器件、光电转换器件、稀磁半导体和透明导电材料等有着广阔的应用前景。SrTiO3(STO)单晶通常用于沉积氧化物薄膜,属于钙钛矿氧化物结构,特别注意的是,ZnO和Nb:SrTiO3(NSTO)所组成的外延异质结已发现有电阻开关、负微分电阻的特性,NSTO单晶衬底上ZnO纳米棒的施加光和电之后的电学特性,从而吸引了越来越多的关注。此外,由非磁性元素所组成的异质结的磁性研究,已成为近几年研究的热点,尤其是两个非磁性氧化物绝缘体界面的研究,就产生了一个有趣的外延异质结构,现已发现的有超导、铁磁性的异质结以及超导和铁磁性共存的异质结。尤其是磁场调制的非磁性氧化物异质结的电迁移现象,因为其广阔的应用前景而备受关注,例如磁阻在巨磁传感器和磁阻随机存储器中的应用。我们利用磁控溅射的技术在掺铌(0.7%)钛酸锶(Nb:SrTiO3)单晶衬底上生长了ZnO薄膜。X射线衍射的θ-2θ扫描结果显示,在NSTO单晶衬底上生长出质量较好的ZnO薄膜,Φ扫描结果显示为ZnO薄膜为外延生长。分别ZnO薄膜表面用直流溅射的方法制作的Au上电极和在NSTO表面直接压制金属In下电极均为欧姆接触,制备出了Au/ZnO/NSTO/In的器件。电流-电压曲线显示了良好的整流特性。当我们给样品施加磁场之后,我们由所测得的电流-电压曲线计算得出的整流比增大,我们推测这种测试结果与NSTO/ZnO异质结的界面态密度变化有关。随之,我们又做了变温条件下NSTO/ZnO异质结的电学性质测试,并且发现在不同的测试温度下,理想因子、势垒高度、整流比、界面态密度等参数在加磁前后的变化规律是相同的,表明NSTO/ZnO异质结在各个温度均会受到磁场的影响,从而改变其电运输性质。通过物理性质测量系统(Physical Property Measurement System)(简写为PPMS)所测得的磁滞回线(M-H)曲线分析得出,NSTO/ZnO异质结的界面受到磁场影响较大。那么究竟磁场是怎样影响界面态以及磁场大小的变化对界面态的影响变化、不同磁场方向是否对界面态有不同的影响,还是我们需要进行探究的重要部分。所以,这也是我们接下来主要的工作内容。此外,我们还利用深能级瞬态谱(DLTS)技术测试并发现了NSTO/ZnO异质结的深能级缺陷,并且分析得到其能级位置、俘获截面等参数。由此便可表明,NSTO/Zn O异质结中不仅存在界面态,还有深能级缺陷的存在。下一步的工作中,我们还可以研究磁场对NSTO/ZnO异质结深能级缺陷的影响,从而更细致的分析其电学性质的变化。
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