基于氧化鋅的材料和納米器件研究.pdf

1、隨著近幾十年硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，硅本身已經(jīng)無(wú)法滿足人類對(duì)器件在更多新穎應(yīng)用場(chǎng)合的需求。大功率電子學(xué)、高頻電路、光電子學(xué)、柔性顯示、太陽(yáng)能電池等等諸多領(lǐng)域都對(duì)半導(dǎo)體器件提出了更多的要求。雖然，硅基器件仍然會(huì)是半導(dǎo)體器件家譜圖中的主導(dǎo)者，但是，所有研究者在“摩爾定律”終點(diǎn)真正到來(lái)之前都意識(shí)到了硅的局限性。
　　事實(shí)上，放寬視野，在元素周期表上還有很多硅以外的選擇，比如Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體、Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體、二維晶體等等。氧化鋅(ZnO)

2、是在這些異軍突起的材料中的一員。借助量子力學(xué)理論的巨大成功，人類可以更好的認(rèn)識(shí)和控制納米尺度的世界。這為科學(xué)研究和工程應(yīng)用都開(kāi)啟了無(wú)數(shù)嶄新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。與之前對(duì)硅的探究一樣，對(duì)ZnO的探究在深度上也延伸到了原子級(jí)別，在廣度上也擴(kuò)寬到了許多與ZnO類似的材料。ZnO作為一種透明寬禁帶二元氧化物半導(dǎo)體，與其相似的材料一同都在很多應(yīng)用領(lǐng)域大顯神通，比如薄膜晶體管、紫外光探測(cè)器、稀磁半導(dǎo)體、氣體傳感器甚至是化學(xué)催化劑。本論文不僅著眼ZnO和摻雜

3、的ZnO，還包括了與ZnO相似的三元氧化物(Zn2GeO4)和復(fù)雜化合物(InGaZnO4)。第一性原理計(jì)算揭示了能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度以及其與電氣、光電、磁、化學(xué)特性的內(nèi)在聯(lián)系。借助光電子能譜，實(shí)驗(yàn)可以直接測(cè)量得到異質(zhì)結(jié)的能帶偏移。這是研究半導(dǎo)體和理解能帶理論的極好的實(shí)驗(yàn)手段。文章最后還利用現(xiàn)有的陽(yáng)極氧化工藝和原子層沉積技術(shù)，提出了一種新型的發(fā)光器件(命名為ZnO/AAO)，其發(fā)射出的光譜在很多場(chǎng)合都有使用價(jià)值。論文采用了多種表征手段研究了