準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)寬帶隙半導(dǎo)體的場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射模型研究.pdf

1、近年來(lái)，關(guān)于半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的電子場(chǎng)發(fā)射的報(bào)道很多，但是相關(guān)的理論研究仍然比較缺乏。因此，許多重要的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)現(xiàn)象并沒(méi)有從物理機(jī)理上得到很好的解釋。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的主要現(xiàn)象有：發(fā)射曲線在FN坐標(biāo)下的非線性、利用FN理論計(jì)算的線性段的場(chǎng)增強(qiáng)因子過(guò)大以及發(fā)射曲線隨溫度變化的熱敏性質(zhì)等。
　　 由于外加電場(chǎng)可以滲透進(jìn)半導(dǎo)體內(nèi)部，改變半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和表面電子能量，從而將會(huì)影響電子的發(fā)射，使得場(chǎng)發(fā)射的電壓電流關(guān)系變的復(fù)雜。由V.R.Latham，K

2、.H.Bayliss和許寧生共同建立的場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射模型(LBX模型)，考慮了電場(chǎng)滲透對(duì)絕緣層能帶的影響和對(duì)電子的“加熱”作用，并將電子有效溫度公式和熱發(fā)射方程引入到場(chǎng)發(fā)射電流電壓關(guān)系的計(jì)算中。本文通過(guò)修改LBX模型，將其運(yùn)用到準(zhǔn)一維寬帶隙半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射中，針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開(kāi)展了研究工作。
　　 本文在場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射模型的基礎(chǔ)上做了一系列的工作，分述如下：
　　 (1)通過(guò)考慮滲透電場(chǎng)使能帶彎曲和表面態(tài)間跳躍

3、電流的電子傳輸作用，從能帶圖出發(fā)，描述了準(zhǔn)一維寬帶隙半導(dǎo)體納米材料的電子輸運(yùn)方式和表面過(guò)熱電子云的形成。
　　 (2)將LBX模型應(yīng)用到準(zhǔn)一維寬帶隙半導(dǎo)體納米線場(chǎng)發(fā)射的解釋中，引入電子有效溫度公式和熱發(fā)射方程，給出電流密度電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系、電流電壓關(guān)系并推導(dǎo)出場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射的場(chǎng)增強(qiáng)因子與FN曲線斜率的關(guān)系表達(dá)式。
　　 (3)針對(duì)氧化鋅進(jìn)行計(jì)算，分別引入電子有效溫度公式到熱電子發(fā)射公式和普遍適用的Murphy-Good積分

4、公式的數(shù)值計(jì)算中，證明了熱電子發(fā)射方程在通常的實(shí)驗(yàn)電場(chǎng)范圍內(nèi)適用于場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射模型的計(jì)算，只有在電場(chǎng)很高時(shí)才需要運(yùn)用數(shù)值計(jì)算的結(jié)果。場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射在電場(chǎng)不高時(shí)，其發(fā)射曲線在FN坐標(biāo)下近似為直線，在高電場(chǎng)時(shí)呈現(xiàn)非線性性質(zhì)。
　　 (4)針對(duì)已發(fā)表的各種氧化鋅準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)陣列的場(chǎng)發(fā)射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，與FN理論擬合得到超大的場(chǎng)增強(qiáng)因子不同，我們的計(jì)算結(jié)果場(chǎng)增強(qiáng)因子與幾何因子(l/r)較為接近。另外我們還計(jì)算了有效發(fā)射面積并

5、擬合了實(shí)驗(yàn)的電流密度電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線。
　　 (5)針對(duì)本組單根氧化鋅納米線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，同樣計(jì)算了場(chǎng)增強(qiáng)因子和有效發(fā)射面積，并擬合了發(fā)射曲線。同時(shí)我們還運(yùn)用有限元方法計(jì)算了非金屬模型的單根氧化鋅納米線周?chē)碾妶?chǎng)分布，從而計(jì)算得到幾何場(chǎng)增強(qiáng)因子，這個(gè)結(jié)果與運(yùn)用場(chǎng)致過(guò)熱電子發(fā)射模型從實(shí)驗(yàn)曲線計(jì)算的結(jié)果相符合。
　　 (6)由于場(chǎng)致過(guò)熱電子電子發(fā)射模型中引入了電子有效溫度，其本身就具有環(huán)境溫度的參數(shù)，因此具有隨溫度變化