纳米线的原位电学性能测试

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1、摘要一维纳米材料被认为是纳电子器件的构建基石，具有诱人的应用前景。对于单根纳米线的电学测试与基于纳米线器件的制作和性能表征在深入开展。本文研究了单根纳米线的电学测试系统，介绍了相应的测试原理和电学参数计算方法。探讨了基于纳米线的肖特基结和金属．半导体．金属(M．S．M)结构的特点，分析了测试中得到的ZnO、SiC和Si02纳米线的I．V特性，求出了纳米线的电学参数。在环境扫描电镜(ESEM)中搭建了两探针的纳米线电学测试系统，包括纳米微操纵、弱电流测试附件，以及微小电流测试仪。研究了纳米线与金属电极固定的方法，包括电子束诱导沉积(

2、EBID)和聚焦离子束(FIB)沉积。设计了EBID气体注入装置，并运用固体和液体的碳氢化合物沉积源固定纳米线。本文测试得到典型的ZnO纳米线的I．V曲线，包括基本线性、整流型、对称和不对称的曲线。采用热发射理论，分析了肖特基势垒对纳米线输运特性的影响。由基本线性和整流型的I．V曲线，求出ZnO纳米线的电阻最小值为R。=2．23Mfl，电阻率p=4．2Q·cm，显示出半导体的特性。计算得到基于ZnO纳米线的M．S．M结构的有效势垒高度如=O．47eV，理想因子最小为3．86，载流子浓度No-7．5×10¨cm～，电子迁移率为2em

3、2·V-t．s-1。本文分析了不同长度的ZnO纳米线形成的M．S．M结构的I．V特性的差异。当纳米线的长度与耗尽层的宽度可比拟时，随着施加电压的增加，I．V曲线从某一电压(正／负偏压)值开始出现了饱和电流。这种M．S．M结构对不同的光照强度有不同的响应饱和电流值，在光电探测器中有很重要的应用价值。本文分析了电子束辐照和焦耳热对纳米线I．V特性的影响。电子束辐照和连续测试产生的焦耳热，改善了纳米线和金属针尖接触点的状况。I-V曲线的斜率随温度的升高而增大，直到达到稳定值。当电流通过纳米线时就会产生焦耳热，如果热能过量积聚会导致温度迅

4、速增加，在纳米线不均匀局部电阻较大处，焦耳热会大量积聚，局部温度升到较高值，有可能导致纳米线的熔融。在无外力情况下，纳米线熔断后的形态近似为椭球形，应力状况下熔断后形态为针状。本文讨论了基于纳米线的肖特基结的不均匀性。ZnO纳米线不同类型I．V特性曲线，计算的理想因子n值远大于一，以及I．V特性随温度而变化的现象，都表明针尖电极与纳米线接触形成了不均匀的肖特基势垒。本文分析了不均匀肖特基势垒对纳米线输运特性的影响。探讨了针尖与纳米线接触的改善方法，介绍了五种纳米线半导体统计和微区电学特性测试的方法，包括四探针法、C．V、I．C．V

5、、北京T业人学T学硕I：学位论文I．v-T法，以及弹道电子发射谱。关键词：金属．半导体接触，环境扫描电镜，纳米线，肖特基势垒，I．V特性IlABSTRACTABSTRACTOne—dimensionalnanomaterialshavebeenconsideredtobethecornerstonesofelectronicdevicesandhaveallattractiveprospect．Forasinglenanowire，theelectricalmeasurementandcharacterizationofnanow

6、ire．baseddevicesareperforming．Inthispaper,westudytheelectricalmeasurementsystem，andintroducetheprincipleandcalculationmethods．ThecharacteristicsofSchottkyiunctionbasedonnanowireandmetal-semiconductor．metal(MSMlstructurearediscussed．WrcanalyzetheI—Vcharacteristics(I-Vs

7、)ofZnO，SiCandSi02nanowireandobtainelectricalparametersofnanowires．wealsofindthattheJouleheatandelectronbeamwouldhaveanimpactonI．Vcharacteristicsofnanowire．Firstofall，Intheenvironmentalscanningelectronmicroscope(ESEM)，thetwo-probeelectricalmeasurementsystemisconstructe

8、d，includingthenano-manipulation，thecurrenttestaccessoriesandmicro·currenttestingequipment．Themethodthatthenanowirefixingonel