一维纳米半导体材料及其电子与光子器件研究 ;博士论文_马仁敏

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1、---------------------------------------------------------------------------------------------------一维纳米半导体材料及其电子与光子器件研究;博士论文_马仁敏博士研究生学位论文题目：一维纳米半导体材料及其电子与光子器件研究姓名：学号：院系：专业：研究方向：导师：马仁敏10604844物理学院凝聚态物理纳米半导体与光电子物理戴伦教授二〇〇九年六月版权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者同意，不得将本论文转借他人，亦不得随意复制、抄录、拍照或以任何方式传播。否则，引起有碍作

2、者著作权之问题，将可能承担法律责任。北京大学博士学位论文摘要一维纳米半导体材料及其电子与光子器件研究摘要CdS是一种非常重要的光电半导体材料，其纳米结构在纳米电子器件和光子器件等领域有着广泛的应用。本论文以CdS为代表，通过———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------实验考察与理论分析，深入地研究了一维纳米材料的可控生长和掺杂、高性能纳米电子器件

3、的设计与性能提高、纳米线/硅异质结高效率电致发光和纳米线耦合微腔的光学特性。主要创新成果如下：(1)利用气相金属铟对CdS纳米线(带)进行原位掺杂并对其结构、光学和电学性质进行了完备的表征，结果显示生长的CdS纳米线(带)具有单晶结构和优异的光学性质，其荧光谱只有半高宽仅为11纳米的带边峰，没有缺陷发光峰；电学表征结果显示In作为浅施主已成功掺入到CdS纳米线(带)中，其电阻率由未掺杂的104Ω·cm降低到3.72Ω·cm。(2)采用Si(111)衬底生长出平行于衬底的CdS纳米线网络。提出了异质外延和同质外延两步法的生长机制。在理解其生长机制的基础上，使用解理的正三?0>与角形的S

4、i(111)衬底,生长出的CdS纳米线六个对称的生长方向<112正三角形的Si(111)衬底的三条边对应垂直,从而实现宏观取向可预定的纳米线网络的生长。光学表征显示纳米线网络具有非常高的晶体以及光学质量。利用安装在扫描电镜中的纳米探针对纳米网络的电学性质进行了研究，实验发现纳米线交叉处的节点提供了很好的电学接触，显示出纳米线网络在集成光电子器件中潜在的应用价值。(3)通过控制掺杂浓度到约5×1016cm-3,在同一根CdS———————————————————————————————————————————————-----------------------------------

5、----------------------------------------------------------------纳米带上同时实现了良好的欧姆和肖特基接触，在此基础上研制成功高性能Au/CdS肖特基二极管。Au/CdS肖特基二极管具有接近于1的理想因子(~1.14)、极高的整流比(>108)、极小的反向漏电流密度(<3.0×10–5A?cm-2,?10V偏压下)和很高的反向击穿电压(>?40V)。这些二极管重要指标在已报到的各种一维纳米材料二极管中处I北京大学博士学位论文摘要于国际最高水平。(4)首次报道CdS纳米带金属-半导体场效应晶体管(MESFET)。

6、相对于纳米线(带)金属-绝缘体-半导体场效晶体管(MOSFET)而言，纳米线(带)MESFET不需要栅极绝缘介质，从而使其制备工艺简化、成本降低，更为重要的是其栅极与沟道之间有更好的电容耦合，使其可以有更大的电压和功率增益。制备的CdS纳米带MESFET的开关比、阈值电压、跨导、亚阈值摆幅等晶体管重要指标在已报道的纳米场效应晶体管中处于国际最高水平；载流子迁移率达到330cm2/V?s，非常接近体单晶CdS材料的电子迁移率。(5)增强型晶体管具有高速低功耗的特点，在现在的微电子工艺中被广泛采用。但对于纳米线(带)器件来说却难以制备。首次实现了低功耗增强型纳米线MESFET之后，将该方法推广

7、到其它纳米材料上。———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------(6)首次提出带有附加肖特基接触的纳米线(带)MOSFET的新结构器件。实验上证明利用附加的肖特基势垒产生的沟道窄