gan纳米带压电晶体管的力电耦合性能研究

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1、学校代码10530学号201510161720分类号TQ133密级公开硕士学位论文GaN纳米带压电晶体管的力电耦合性能研究学位申请人颜汐阳指导教师郑学军教授学院名称机械工程学院学科专业工程硕士（机械工程领域）研究方向微纳器件及制造二〇一八年六月二日ElectromechanicalCouplingPropertiesofGaNNanobeltbasedPiezoelectricTransistorsCandidateYanXiYangSupervisorProfessorZhengXueJunCollege

2、MechiancalEngineeringProgramMechiancalEngineeringSpecializationMicro-nanoDevicesandManufacturingDegreeMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2nd,2018湘潭大学硕士学位论文摘要近年来，微机电系统（MEMS）的研究趋于成熟，微纳机电器件在市场中也被广泛应用。GaN纳米材料因其具备高击穿电压

3、、高热导率和耐腐蚀等优势逐渐成为制造MEMS器件的理想材料。化学气相沉积(CVD)方法在制备GaN纳米材料特别是GaN纳米带上具有广泛的应用。但是，在对于CVD法制备GaN纳米材料的报道中，主要集中在GaN纳米材料单一取向和制备及相关的性能研究，而极少有关于CVD工艺参数对GaN纳米材料的影响，以及GaN纳米带压电晶体管的力电性能研究详细的报道。本文研究了CVD法制备GaN纳米带的关键影响工艺参数，并利用原子力显微镜（AFM）分别测试了单根GaN纳米带的压电系数、二维电流分布图以及I-V特性曲线来研究其力电

4、性能。除此之外，本文制备了GaN纳米带压电晶体管，还利用半导体参数测试分析仪测试了GaN纳米带压电晶体管的电学性能。本文主要的创新性成果如下：(1)调整CVD法制备GaN纳米带的工艺参数，研究GaN纳米带生长质量的关键影响工艺参数，实验结果发现镓源、升温的速率以及镓源与基片的间距是CVD法制备GaN纳米带的关键影响因素。采用压电力显微镜（PFM）测得了GaN纳米带的压电系数，实验结果表明GaN纳米带压电系数最大的值为20pm/V。(2)采用导电原子力显微镜（C-AFM）在不同加载力下测试了单根GaN纳米带的

5、二维电流分布图，由于GaN纳米带的边缘缺陷以及探针扫描的接触位置引起电流的较大值均出现在GaN纳米带的边缘上。采用C-AFM在不同加载力下测试了单根GaN纳米带的I-V特性，结果表明不同加载力会产生不同的压电电场，从而会影响GaN纳米带的电流运输行为。此外，研究了基于单根GaN纳米带压电晶体管力电开关的I-V特性曲线，实验结果表明力诱导的开/关电流比达到3.1×102。(3)采用半导体测试分析仪测试了GaN纳米带晶体管的电学特性，测试结果表明随着栅压Vg从-1V增加到2V，输出特性的曲线斜率也会逐渐的增大。

6、分析结果表明GaN纳米带具有n型半导体特性，所制备的GaN纳米带晶体管为n型耗尽模式晶体管。关键词：微纳机电器件；GaN纳米带；压电晶体管；力电开关：力电耦合性能I湘潭大学硕士学位论文AbstractRecently,Micro-Electro-MechanicalSystem(MEMS)researchtendstobemature,andMEMSdevicesarewidelyusedinthemarket.Duetotheseadvantagesofhighbreakdownvoltage,hight

7、hermalconductivity,corrosionresistanceandradiationresistance,Chemicalvapordeposition(CVD)waswidelyappliedinthepreparationofGaNnanomaterials,especiallyGaNnanobelts.InthereportonGaNnanomaterialspreparedbyusingCVD,themainresearchesfocusonthesingleorientationa

8、ndpreparationofGaNnanomaterialsandrelatedproperties.ThereareafewdetailedstudieshavebeenreportedontheinfluencesofCVDparametersonGaNnanomaterialsandelectro-mechanicalpropertiesofGaNnanobeltpiezoelectricTransist