硼摻雜的納米管MOSFET的光電輸運特性研究.pdf

1、當器件的尺度進入納米量級,許多新的現(xiàn)象都展現(xiàn)在人們面前,并表現(xiàn)出其潛在巨大的應用價值。同時,納米管中空的管狀結構使得它在分子存儲和輸運、受約束化學反應、光和氣體傳感等方面有著其它材料無法比擬的優(yōu)勢;獨特的結構和量子限域效應使得納米管表現(xiàn)出奇特的電學、光學、力學和磁學現(xiàn)象。納米管MOSFET性能上具有諸多優(yōu)勢,已經(jīng)越來越得到人們的廣泛關注。
　　 本文首先利用場依賴的遷移率模型的二維數(shù)值模擬,對硼摻雜的納米管MOSFET的光電輸運

2、特性進行了研究。諸如:導電溝道的摻雜濃度、氧化層厚度(SiO2)、導電溝道的電阻(Si殼層)及尺寸大小對于納米管MOSFET導電溝道輸運特性的影響,以及外加光源產(chǎn)生的光電流。
　　 研究結果表明B摻雜濃度越高,導電性越好,這是因為高濃度的摻雜提高了導電的載流子濃度,從而提高了遷移率μ。另外,納米管Si殼層的厚度越大,長度越短,導電性也就越好,但是Si殼層不宜過厚,導電溝道也不宜過短,否則會產(chǎn)生電流崩塌、器件抗擊穿特性下降、器件對

3、于柵控的敏感性上升或下降等負效應。關于SiO2的厚度,對于P型溝道器件,當柵極電壓大于0,SiO。越厚導電性越好;當柵極電壓小于0,SiO2越薄導電性越好;對于n型溝道器件,則結果正好相反,這是由半導體表面的勢壘高度和費米能級的位置所決定的。
　　 我們的理論結果定性的與實驗結果符合的很好,并且進一步優(yōu)化了器件模型,以達到更為優(yōu)良的輸運特性。
　　 另外,本文詳細討論研究了器件外部環(huán)境參數(shù)(外加光照)對硅殼層納米管MOS

4、FET輸運特性的影響。結果表明,當入射光波長等于半導體的本征吸收限時,半導體所產(chǎn)生的光響應達到最大值,即產(chǎn)生的光電流達到最大值,而當入射光波長大于半導體本征吸收限時,光響應將迅速下降。另外,當硅納米管殼層厚度從薄增厚到60nm左右時,光電流達到最大值,繼續(xù)增大殼層厚度,光電流又開始下降。這是由于當入射光波長較大,即入射光波長較接近于吸收層(即硅納米管殼層)厚度時,吸收在硅殼層中占主導作用,因此增厚硅殼層厚度可減弱吸收效應,增大擴散效應,

5、使擴散與吸收趨向于平衡,從而使光電流增大;而當吸收層厚度較大,入射光波長相對于硅殼層厚度較小時,擴散在殼層中占主導作用,因此繼續(xù)增厚殼層厚度會使得擴散更為顯著,而吸收更加微弱,從而使光電流減小。當吸收層中的擴散與吸收效應趨于平衡時,光電流達到最大值。另外,驗證了光電流隨著光強的增大而單調遞增。
　　 最后我們對器件中的多數(shù)載流子-空穴的密度分布進行了詳細的模擬分析討論。得出了兩種材料的功函數(shù)之差造成空穴耗盡的結論并進行了分析。<