一维ZnO纳米结构单电子器件的器件制备及传输特性

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ZnO是一种重要的直接带隙的宽禁带半导体材料,一维氧化锌纳米结构室温下的带隙宽(3.37eV),激子束缚能高(60meV),一维材料比表面积大,引起了人们极大的研究兴趣。一维ZnO纳米结构已被广泛应用于多种光电领域和微电子学领域。本文中我们构建了基于ZnO纳米带的单电子晶体管,来控制纳米带中一个或几个电子的传输,以期探索ZnO纳米带中电子的传输机制。本论文主要内容包括:基于ZnO纳米带的单电子晶体管的微纳加工制备过程,器件在常温和低温(4.2K)下的电学传输特性,低温下单量子在ZnO纳米带中的输运等。取得了以下主要结果:(1)本文使用了微纳加工的制备手段制备基于单根ZnO纳米带的单电子晶体管。主要的制备工艺有电子束光刻(EBL),紫外光刻,热蒸发和引线键合等。(2)分别在室温和低温(4.2K)下对器件的电学性质进行了测量。在室温下,随着栅压的提高,器件源漏两端通过的电流随电压线性增加,表明器件源漏极与纳米带形成了良好的欧姆接触。在4.2K的低温条件下,源漏电压低于5mV左右时器件中库伦阻塞现象作用明显。(3)在4.2K的低温下,随着栅极电压的改变,器件中电流有明显的库伦震荡,这是由于纳米带中局域化的量子点的库伦阻塞效应形成的,震荡电流的变化由多个电子的隧穿结共同作用产生。经推断,ZnO纳米带中量子点的直径约35nm,充电能约为10meV。本文开创性地实现了ZnO纳米带中的量子点输运,为研究ZnO纳米带中的电子传输机制作出了一定的探索。
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