氧化物基纳米异质结构阵列/薄膜的制备及其低压压敏电阻器件研究

Semiconductor nanostructures of specific morphology and controllable dimension are novel nanomaterials of excellent properties, which been developed much quickly in recent years, showing broad and promising applications in micro-/nano- electronic devices based on new structures and new principles. Aiming at satisfying the needs for miniature and low-voltage varistors to protect micro-/nano- devices from surge currents in future integrated circuits, this project will explore the controllable growth techniques for ZnO and SnO2 nanoheterostructure arrays and/or thin films from the heterostructure materials of ZnO and SnO2 semiconductors with the metal oxides of Bi, Sb, Cr, Mn and so forth, and systematically investigate their microstructures, electrical and optical properties, and applications in low-voltage varistors. It will much improve the nonlinear current-voltage properties of such materials by fully taking advantage of their characteristics in small size, high homogeneity, and high grainboundary ratio. In particular, it will realize the miniature and low-voltage features of varistors on combination of the large specific surface areas and regular electrical channels of one-dimensional nanoarrys and/or thin films.

具有特定形貌和可控维度的半导体纳米结构是近几年迅猛发展起来的性能优异的纳米材料，在基于新结构、新原理的高性能微纳电子器件中有广阔的应用前景。本项目瞄准未来集成电路中微纳电子器件保护对小型化、低压化压敏电阻器件的需求，以半导体ZnO和SnO2与Bi、Sb、Cr、Mn等金属氧化物所形成的异质结材料为研究对象，探索具有垂直生长的ZnO和SnO2基纳米异质结阵列/薄膜及其大面积可控生长技术；系统研究纳米材料的微观结构、光电性质，以及在低压压敏电阻器件方面的应用等。本项目充分利用了纳米材料晶粒直径小而均匀、晶界所占比重高的优势提高材料的非线性伏安特性。特别地，本项目结合了垂直生长的一维纳米结构阵列/薄膜比一般纳米薄膜比表面积大并具有规则有序电学通道等特征实现压敏电阻低压化和小型化功能。

随着微电子技术的发展，电子设备与器件的集成度越来越高。压敏电阻器件作为一种重要的“智能”器件，其低压化、小型化成为一个必然的趋势，传统的陶瓷方法不能适应未来压敏电阻的制备需求。.具有特定形貌和可控维度的半导体纳米结构是近年来迅猛发展起来的性能优异的纳米材料，在基于新结构、新原理的高性能微纳电子器件中有广阔的应用前景。其中，氧化物半导体纳米结构作为半导体纳米结构的重要组成部分，一直是纳米材料领域的研究热点。.本课题组瞄准未来集成电路中微纳电子器件保护对小型化、低压化压敏电阻器件的需求，紧紧围绕项目任务书和研究内容的要求，对半导体氧化锌、氧化锡、氧化钛以及氧化钨等金属氧化物所形成的异质结材料展开了理论和实验研究，发明了多项氧化物基纳米异质结薄膜的大面积可控生长技术，系统研究这些氧化物纳米材料的微观结构、光电性质，以及在低压压敏电阻器件方面的应用，研发出了多种适应低压电器使用的微纳压敏电阻。所提出的压敏电阻组成和结构简单，性能优异，制备方法简单易行，特别适合规模化制备。.相关研究成果在包括Scientific Reports, Applied Surface Science, Ceramics International, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, RSC Advances, Journal of Materials Research, Applied Energy, Energy Conversion and Management, ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Power Sources等在内的国际著名学术期刊上发表论文33 篇，其中SCI 检索论文31篇（含IF>3的9篇），EI 检索论文2 篇（不含SCI共检索论文）；申请国家发明专利6项，其中已经授权3项；培养研究生16人，其中毕业硕士研究生5人、博士研究生1名，在读硕士研究生6名、在读博士生4人；在国内外学术会议上做口头学术报告16次，展示报告10份。.总之，项目研究达到了预期目标，对本课题组在队伍建设、人才培养以及学术交流中起到了很大的促进作用。