基于氧化物半导体纳米线肖特基势垒的新型光电子器件研究

本项目主要从势垒结构和表面态两个方面来研究ZnO、CuO等氧化物半导体纳米线肖特基势垒的光电输运特性及其调控方法，以此为基础，发展新型、高性能的肖特基势垒光电子器件。在势垒结构方面，通过研究局域光照下纳米线肖特基势垒的光电流特性、以及势垒在偏压状态下的电流像和电势像，并结合有限元计算方法，建立势垒结构的在位表征和分析手段，深入揭示势垒结构对整流、光电流等特性的控制；利用导电探针对纳米线肖特基势垒施加局域电场，探索基于电场来调控势垒结构和势垒输运特性的方法及其物理机制，发展新型的三端逻辑和运算器件。在表面态方面，通过研究在脉冲光、脉冲电压作用下O2在纳米线表面的吸附和脱附行为，探索O2吸附和脱附的微观机制与过程，深入揭示O2对纳米线的表面态和肖特基势垒高度产生影响和控制的物理机制；将光、电两种调控表面态的手段相结合，发展高速、多逻辑值的光电开关和光电存储器集成阵列等新型肖特基势垒器件。

本项目主要研究了势垒结构和表面态对氧化物纳米线肖特基势垒输运特性的影响，发展了几种调控势垒的方法，并以此为基础发展了整流、开关、光检测等纳米光电器件。在势垒结构方面，我们基于导电原子力显微镜发展了势垒结构的空间分布成像技术，并获得了CuO纳米线、SnO2纳米带的势垒空间分布图案；提出了纳米线肖特基势垒的二维势垒结构模型，基于该模型对ZnO纳米线肖特基势垒光电二极管的不饱和光电流特性进行了分析和拟合；在CuO纳米线背靠背肖特基势垒结构中，发现了接触长度不对称所引起的整流特性，通过对接触长度比的调控，实现了整流比大于100的新型整流器。在表面态方面，发展了电化学沉积调控纳米线表面态的方法，实现了对CuO纳米线肖特基势垒的有效调控；研究了紫外光照下WO3、ZnO等纳米线肖特基势垒的氧脱附特性，发展了具有超高灵敏度和快速回复特性的ZnO纳米线肖特基势垒紫外光检测器；研究了电压脉冲对ZnO纳米线肖特基势垒的表面态和势垒高度的调控作用，发展了多重电阻开关存储器和双向可控整流器；利用SnO2纳米线肖特基势垒发展了室温下具有超高灵敏度的气敏传感器，利用紫外光照实现了气敏灵敏度的增强。