【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半導體界面工程學領域的熱點。在眾多半導體氧化物中,ZnO由于寬禁帶、高激子結合能與高電子遷移率而受到廣泛關注。此外,ZnO中多種性質共存且相互作用,使其成為研究多場耦合現(xiàn)象最為理想的材料之一,并產(chǎn)生一種新的研究領域-壓電電子學和壓電光電子學。本論文圍繞納米ZnO的制備、異質結器件的構建及其損傷服役行為,系統(tǒng)研究了多場耦合對ZnO納器件性能的調控作用。闡述了力場／光場對ZnO電輸運性能的影響,深入分析了應力場對異質結光電器件載流子行為的調控機理,從屏蔽效應及界面角度研究了光場對壓電電子器件性能的影響。利用化學氣相沉積法制備了生長過程遵從氣-液-固與氣-固生長機理的ZnO納米線。研究了水熱法中生長次數(shù)及添加劑對產(chǎn)物形貌的影響：有限元模擬結果顯示,較小的直徑及較大的長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.%時測得最大納米棒壓電系數(shù)16.7 pm/V。結合雙光束激光干涉與水熱法制備了垂直生長的圖案化ZnO納米棒陣列。利用C-AFM研究了壓電電子效應與材料表面極性的關系以及力場／光場耦合對Pt/Ir-ZnO肖特基異質結電輸運性能的調控作用。對于沿c軸擇優(yōu)生長且具有Zn終面的ZnO納米棒,在垂直壓應力作用下Pt/Ir-ZnO界面肖特基勢壘升高；而對于沿c軸擇優(yōu)生長且具有O終面的ZnO納米棒,施加壓應力界面肖特基勢壘降低;沿ZnO納米棒m軸施加應力,肖特基勢壘變化可以忽略。對于c軸取向且具有Zn終面的ZnO來說,當同時施加0.46州壓力與0.52 mW/cm2 355 nm光照時,Pt/Ir-ZnO電輸運曲線與無應力且無光照下曲線基本吻合。構建了半導體ZnO/溶液型自驅動光電探測器,零偏壓下器件光暗電流比約為102,響應與恢復時間為0.11 s。對ZnO施加0.15%壓縮應變時器件光電流提高48%。電化學阻抗譜測試結果表明,應力場下ZnO中產(chǎn)生帶負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。該測試手段可以作為壓電調控作用定量研究的一種參考方法。構建了ZnO/Cu2O全氧化物pn異質結型自驅動光電探測器,系統(tǒng)研究了應力場下ZnO中壓電電荷對p型Cu20中耗盡區(qū)寬度的影響規(guī)律以及光強與壓電調控能力的關系。零偏壓下器件響應度2.32 mA/W,響應與恢復時間分別為0.22 s和0.32 s。電容-電壓表征結果顯示,ZnO中產(chǎn)生的壓電電荷不但能夠影響ZnO側空間電荷區(qū)大小,同樣可以調控與其接觸的p型材料一側耗盡區(qū)。該器件在17.2 mW/cm2光強下每增加0.1%應變,光電流增加2.2%；87.8 mW/cm2光強下每增加0.1%應變光電流增加1.2%。這是由于高光強下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-半導體-金屬結構的ZnO壓電電子應力傳感器在不同強度紫外光場下的性能演變規(guī)律。無光照下,壓電電子器件對0.53%壓縮應變響應比約為200且具有良好重復性與穩(wěn)定性；響應與恢復時間為0.3 s。隨著紫外光強的增大,器件響應比從200減小到0.0017。這是由于光照下ZnO內部自由電子濃度升高,體屏蔽效應增強以及界面整流特性消失造成的。當光強大于0.7mW/cm2,即ZnO中載流子濃度大于1018-1019 cm-3時,0.53%應變所產(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巧陣列頂視與側視ＳＥＭ圖逡逑

其優(yōu)異的力學性能也是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的影響，力面結構等因素有直接關系，因此力學參數(shù)的確定又具有很的測試標準。目前，研巧納米材料力學性能的實驗方法主點彎曲法、拉伸法及計算機理論模擬等，測量的性能主強度Ｗ及疲勞性能ＩＷ。逡逑性能逡逑應變提內邋＇

本文編號：2566513