ZnO纳米线薄膜晶体管和紫外光探测器研究

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氧化锌(ZnO)纳米线是一种宽禁带半导体一维纳米材料,由于具有很大的激子束缚能、良好的光电特性、抗氧化、耐高温等特性,在制作场效应晶体管等光电子器件方面具有很大发展潜力。本文主要研究了:   (1)ZnO纳米线的操纵和薄膜加工工艺,利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对ZnO纳米线表面进行修饰,使得其表面形成氨基功能团。在水中氨基功能团带正电,因此借助于静电吸引作用,表面改性的ZnO纳米线吸附在带负电的SiO2/Si衬底上,从而形成纳米线薄膜。   (2)利用ZnO纳米线薄膜制备得了场效应晶体管(FET)模型器件,对于纳米线密度为2.8/μm2的FET来说,其电流开关比为2.4×105,跨导为336 nS,电子迁移率为27.4 cm2/Vs。   (3)将ZnO纳米线薄膜FET用作紫外光探测器,并研究了其对紫外光的响应特性,测得衰减时间常数和光电流与暗电流的比值之间,不能同时达到最佳值。   需要根据实际情况选择合适的栅电压数值,使衰减时间常数和光电流与暗电流的比值这两者之间进行适当的折中。当对器件施加一负的栅电压时,会使得纳米线的能带向薄膜/空气界面倾斜,这使得纳米线中的自由电子向薄膜/空气界面迁移。这种现象会促进氧分子在纳米线表面的吸附,从而促进了纳米线内自由电子的耗尽。在对器件的光响应特性正式测量之前,预先施加一正的栅电压,会使得大量氧分子聚集在纳米线附近,这些聚集的氧分子有利于减小衰减时间常数。因此,通过预先施加一正的栅电压和正式测量过程中施加一负的栅电压,能够非常有效的减小衰减时间常数。该报告的研究结果为研发高性能的ZnO纳米线薄膜器件建立了基础。
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