[논문 리뷰] Characterisations of ohmic and Schottky contacts of a single ZnO nanowire

B. Bercu, W. T. Geng외 8명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 23.

Nanowire Synthesis and Applications참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 전류-전압(I-V) 측정과 켈빈 탐촉자력 현미경(KPFM)을 이용하여 개별 ZnO 나노와이어에서의 옴성 및 슈트키 접합을 조사하며, 접합 유형, 전기적 위치 에너지 프로파일, 나노와이어 기하학적 형상 간의 강한 상관관계를 입증한다. 주요 발견은 접합 행동(선형(옴성) 또는 다이오드 유사(슈트키))이 고갈 영역의 범위에 직접적으로 연관되어 있음을 보여주며, 이는 필드효과 트랜지스터 및 광감지기와 같은 나노스케일 장치의 보다 우수한 설계를 가능하게 한다.

ABSTRACT

Current voltage and Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) measurements were performed on single ZnO nanowires. Measurements are shown to be strongly correlated with the contact behavior, either ohmic or Schottky. The ZnO nanowires were obtained by metallo-organic chemical vapor deposition (MOCVD) and contacted using electronic-beam lithography. Depending on the contact geometry, good quality ohmic contacts (linear I V behavior) or non-linear (diode like) Schottky contacts were obtained. Current voltage and KPFM measurements on both types of contacted ZnO nanowires were performed in order to investigate their behavior. A clear correlation could be established between the I V curve, the electrical potential profile along the device and the nanowire geometry. Some arguments supporting this behavior are given based on a depleted region extension. This work will help to better understand the electrical behavior of ohmic contacts on single ZnO nanowires, for future applications in nanoscale field effect-transistors and nano-photodetectors.

연구 동기 및 목표

• 나노스케일 전자 및 옵토일렉트로닉 소자에 응용하기 위한 단일 ZnO 나노와이어에서의 옴성 및 슈트키 접합의 전기적 거동을 이해하기 위해.
• 고급 특성 분석 기법을 활용하여 접합 특성과 나노와이어 기하학적 형상 및 표면 전위 프로파일 간의 상관관계를 규명하기 위해.
• 고갈 영역이 접합 유형과 전기적 반응을 결정하는 데 미치는 역할을 명확히 하기 위해.
• 필드효과 트랜지스터 및 광감지기와 같은 ZnO 기반 나노소자에서 신뢰할 수 있는 접합 공학의 기초를 마련하기 위해.

제안 방법

• ZnO 나노와이어는 금속 유기 화학 기상 에피택셜 증착(MOCVD)을 통해 합성되었다.
• 전자선 리소그래피를 사용하여 개별 나노와이어에 정밀한 접합 기하학적 형상을 제작하였다.
• 전류-전압(I-V) 측정을 수행하여 접합을 옴성(선형) 또는 슈트키(비선형, 다이오드 유사)로 분류하였다.
• 표면 전위를 나노와이어 전역에서 맵핑하고 접합 유형과 연관시키기 위해 켈빈 탐촉자력 현미경(KPFM)을 활용하였다.
• 전기적 위치 에너지 프로파일을 접합 기하학적 형상 및 고갈 영역의 범위와 관련하여 분석하였다.
• I-V 및 KPFM 데이터의 비교 분 析를 통해 접합 거동과 나노스케일 전기적 특성 간의 직접적 연관성을 확립하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 접합 기하학적 형상은 단일 ZnO 나노와이어에서 옴성과 슈트키 거동 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 KPFM로 측정된 표면 전위 프로파일은 접합의 전기적 특성과 어떤 관계가 있는가?
• RQ3 고갈 영역의 연장 범위가 옴성과 슈트키 접합 거동 간의 전이를 결정하는 데 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 KPFM 및 I-V 측정을 통해 개별 나노와이어에서 접합 유형을 신뢰성 있게 구분하고 특성화할 수 있는가?

주요 결과

• 옴성 접합은 저저항 전하 이동을 나타내는 선형 I-V 특성을 보였고, 슈트키 접합은 비선형, 다이오드 유사 I-V 거동을 보였다.
• KPFM 측정 결과, 형성된 접합 유형과 직접적으로 관련된 고유한 표면 전위 프로파일이 드러났다.
• 고갈 영역의 범위가 옴성과 슈트키 거동 간 전이에 영향을 미치는 핵심 요소로 규명되었다.
• 접합 기하학적 형상, I-V 곡선의 형태, 나노와이어 전역의 측정된 표면 전위 분포 간 명확한 상관관계가 확립되었다.
• 결과적으로, 나노와이어 기하학적 형상과 인터페이스 설계를 제어함으로써 접합 거동을 예측하고 설계할 수 있음을 입증하였다.