ZnO基異質(zhì)結(jié)中側(cè)向光伏和阻變效應(yīng)的研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是近年快速發(fā)展起來的多功能寬禁帶半導(dǎo)體材料，在短波激光器和紫外探測(cè)器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。近年來，隨著ZnO相關(guān)光電器件的發(fā)展，ZnO基功能性材料的設(shè)計(jì)逐漸成為新型材料開發(fā)的研究熱點(diǎn)。過去研究中最為矚目ZnO基功能性薄膜是以Al摻雜ZnO為代表的透明導(dǎo)電薄膜和過渡金屬M(fèi)n摻雜ZnO為代表的稀磁性半導(dǎo)體薄膜。本文緊扣ZnO基功能材料的研究熱點(diǎn)，利用磁控濺射工藝制備了不同的ZnO基功能性薄膜，系統(tǒng)研究了ZnO基異質(zhì)結(jié)中的側(cè)向光

2、伏效應(yīng)、電阻開關(guān)效應(yīng)及光致極性電阻效應(yīng)。此外本文率先嘗試了在ZnO中同時(shí)引入電子和自旋（共摻Al，Mn），在共摻ZnO薄膜中獲得了光致極性電阻和電阻開關(guān)效應(yīng)共存的現(xiàn)象。這對(duì)發(fā)展ZnO基新型光電探測(cè)和存儲(chǔ)器件具有重要意義。主要研究結(jié)果如下：
　　(a)ZnO基功能性薄膜中的側(cè)向光伏效應(yīng)：
　　1)透明導(dǎo)電薄膜Al-doped ZnO中的側(cè)向光伏效應(yīng)。基于Al-doped ZnO/SiO2/Si結(jié)構(gòu)，在Al摻雜ZnO薄膜上獲得了

3、位置靈敏度高達(dá)41.85mV/mm的側(cè)向光伏效應(yīng)，并分析了薄膜厚度對(duì)側(cè)向光伏的影響，基于準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)概念給出了新的模型解釋側(cè)向光伏效應(yīng)。
　　2)稀磁性半導(dǎo)體薄膜Mn-doped ZnO中的紅外側(cè)向光伏效應(yīng)。首次將長期用于短波長器件的ZnO材料拓展至近紅外波段，在980nm的激光照射下，薄膜表面的側(cè)向光伏效應(yīng)良好。同時(shí)系統(tǒng)研究了側(cè)向光伏效應(yīng)對(duì)激光頻率與功率的雙重依賴關(guān)系，引入量子效率概念解釋了側(cè)向光伏在不同功率范圍內(nèi)隨激光波長變化不

4、同的原因。
　　(b)Cu-doped ZnO/SiO2/Si中的電阻開關(guān)和側(cè)向光伏效應(yīng)共存
　　1)基于Cu-doped ZnO/SiO2/Si結(jié)構(gòu)，在Cu-doped ZnO薄膜表面獲得了線性度良好的側(cè)向光伏效應(yīng)，且證實(shí)Si基底表面的側(cè)向光伏效應(yīng)具備更高的空間辨識(shí)度，將其歸因于Cu在ZnO中可能存在不同的摻雜方式。
　　2)在該結(jié)構(gòu)中獲得了高低阻態(tài)比率達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)、記憶窗口最大達(dá)8.8V的單極性電阻開關(guān)效應(yīng)，間接證

5、實(shí)了界面效應(yīng)是Cu-doped ZnO薄膜系統(tǒng)中電阻開關(guān)效應(yīng)的主導(dǎo)。使得Cu摻雜ZnO極有潛力作為下一代電阻存儲(chǔ)器的材料。
　　(c) Al、Mn共摻ZnO薄膜中的雙重光控電阻效應(yīng)
　　1)基于(Al,Mn)co-doped ZnO/SiO2/Si結(jié)構(gòu)，在薄膜面獲得了新型的變化率達(dá)180％光致極性電阻，其初始阻值與極性電阻效應(yīng)測(cè)量過程中的恒定阻值不同，因此多出一個(gè)電阻態(tài)。
　　2)在(Al,Mn)co-doped Zn

6、O/SiO2/Si結(jié)構(gòu)中獲得了光控電阻開關(guān)效應(yīng)，該電阻開關(guān)效應(yīng)不僅受到外加偏壓的影響，還可以受到點(diǎn)光源照射的影響,因此系統(tǒng)的電阻開關(guān)效應(yīng)可以通過外加電場或光場調(diào)控，使得電阻開關(guān)效應(yīng)的調(diào)控增加了一個(gè)新的自由度。
　　在摻雜ZnO材料實(shí)現(xiàn)了雙重電阻效應(yīng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)理論上的信息存儲(chǔ)，會(huì)給今后基于ZnO摻雜新型材料或設(shè)計(jì)的理念帶來新的突破
　　此外，我們?cè)鴮?duì)新型納米材料C納米管（nanotube）關(guān)注許久，因研究周期原因，僅研究了其