p型准一维硫化锌纳米结构可控掺杂及纳米异质结器件的研究.pdf

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1、r==◆Controllabledopingofp-typequasi．onedimensionalZnSnanostructuresanditsapplicationinnanocale．heterojunctiondevices学科、专业研究方向2011年4月∽《。～¨。。1，．，本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)主席：励竺丫阐绯恂徘吕降灸．委员：沙汽，胁，哆砚鼢咯也·矽为．铟艺缈讲吨纫呼艮·I导厩掮娄祧触≯蹦碱吼独创性声明本人声明所呈交的学

2、位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：习火签字日期：力睁伊节学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金月巴王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金g臣王些太堂一可

3、以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)。学位敝者繇玛久替醐洲㈩月7日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：⋯名：群桫解醐洲产呷日P型准一维硫化锌纳米结构可控掺杂及纳米异质结器件的研究摘要近年来，准一维纳米结构成为当今纳米科学的研究热点。它们既可以作为模型材料用于研究低维尺度下基本的物理过程，又可以作为组件构筑高性能的纳米器件。对它们的研究，将触发新一代光电子器件的产生，给科技发展带来深远影响。硫化锌是(Z

4、nS)一种重要的II．VI族宽禁带半导体材料，有禁带宽度为3．72eV的闪锌矿结构和禁带宽度为3．77eV的纤锌矿结构，它在电致发光、光致发光、平板显示、红外窗口和激光等方面有着广泛应用。基于特殊的光电性质，准一维ZnS纳米结构的研究备受瞩目，然而要实现其应用，需要利用掺杂控制其光电性质，但由于在纳米材料电学表征方面的困难，此方面的研究仍处于初步阶段，而且本征ZnS电导很低，自补偿效应导致其出现弱11型特征，要实现准一维ZnS纳米结构的P型掺杂相比11型掺杂更为困难，所以相关研究亟待开展。本论文对准一维ZnS纳米结构的

5、P型掺杂及相关光电子器件进行了系统研究。首先利用V族元素Sb实现了可控的ZnS纳米带／纳米线的P型掺杂，然后制备了基于ZnS纳米带的底栅场效应管、肖特基二极管、肖特基栅极场效应晶体管，基于ZnS纳米线与硅的异质结以及结型场效应晶体管，以此对掺杂ZnS纳米带／纳米线的基本性质，以及纳米器件的工作性能做深入研究。取得的主要成果如下：1．以单质Sb粉为掺杂源，ZnS粉为生长源，利用热蒸发的方法，在镀有金催化剂的硅片上生长Sb掺杂ZnS(ZnS：Sb)纳米带。为得到不同掺杂浓度的产物，分别选择ZnS与Sb的摩尔配比为2：l和l

6、：1进行实验。所合成的纳米带表面平滑，形貌均匀，宽度在200．400nm，长度在几十微米至上百微米之间变化，为单晶纤锌矿结构，生长方向沿[210]方向。Sb掺杂ZnS纳米带的光致发光谱在520nm附近出现一个绿光发光带，且发光强度随掺杂浓度的升高而增大，这表明Sb掺杂对ZnS纳米带产生影响，绿光发光带来源于锌空位，掺杂之后锌空位数目上升，掺杂浓度越高锌空位数越多，所以绿光发光带的发光强度越强。对单根纳米带的电学测试结果显示，随着掺杂浓度的提高，ZnS纳米带的电导明显提高，电导率能在7个数量级内调控。改变温度与气压条件，

7、Sb掺杂ZnS纳米线也通过热蒸发法制备得到。2．以Si02(300nm)／p型硅衬底为衬底制备了Sb掺杂ZnS纳米带的底栅场效应晶体管(FETs)，其中Si02层和P型硅基底分别作为场效应管的栅极绝缘层和栅极，而Sb掺杂ZnS纳米带则作为场效应晶体管的沟道。通过改变栅压，发现沟道电流随着栅压的减小而明显上升，呈现出P型沟道的典型特点，证明Sb掺杂ZnS纳米带为P型半导体。随Sb掺杂浓度的升高，底栅场效应管的跨导由0．4nS变化至86．4ns，空穴载流子迁移率由0．2cm2VdS以变化至22．3cm2Vos～，空穴浓度由

8、9．6x1016till．3变化至6．5x10¨cm一。3．为进一步研究Sb掺杂ZnS纳米带的应用，利用金属铝作为肖特接触，制备了ZnS纳米带肖特基势垒二极管及肖特基栅极场效应管晶体管。测试表明肖特基势垒二极管展现出良好的整流特性，整流比高于107，器件的理想因子为1．22，势垒高度为0．71eV，较小的理想因子说明基于Sb掺杂Z