[論文レビュー] Characterisations of ohmic and Schottky contacts of a single ZnO nanowire

B. Bercu, W. T. Geng+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2015

Nanowire Synthesis and Applications参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、電流-電圧（I-V）測定およびケルビンプローブ力顕微鏡（KPFM）を用いて、個々のZnOナノワイヤーにおけるオミクおよびショットキ接触を調査し、接触種別、電気的ポテンシャルプロファイル、およびナノワイヤーの幾何学的形状との強い相関を示した。主な発見は、接触の挙動—線形（オミク）またはダイオード的（ショットキ）—が、空乏領域の広がりに直接関連していることである。これにより、フィールド効果トランジスターやフォトダイオードなどのナノスケールデバイスの設計が向上する。

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.

研究の動機と目的

• ナノスケール電子素子およびオプトエレクトロニクス素子に応用するため、単一ZnOナノワイヤーにおけるオミク接触およびショットキ接触の電気的挙動を理解すること。
• 高度な特性評価技術を用いて、接触特性とナノワイヤーの幾何学的形状および表面ポテンシャルプロファイルの相関関係を明らかにすること。
• 空乏領域の役割が接触種別および電気的応答をどのように決定しているかを明確にすること。
• フィールド効果トランジスターやフォトダイオードなどのZnOベースナノデバイスにおける信頼性の高い接触工学の基盤を提供すること。

提案手法

• ZnOナノワイヤーは金属有機化学気相成長法（MOCVD）を用いて合成された。
• 電子ビームリソグラフィーを用いて、個々のナノワイヤーに高精度な接触形状を形成した。
• 電流-電圧（I-V）測定を実施し、接触をオミク（線形）またはショットキ（非線形、ダイオード的）に分類した。
• ケルビンプローブ力顕微鏡（KPFM）を用いてナノワイヤーに沿った表面ポテンシャルをマッピングし、接触種別と照合した。
• 電気的ポテンシャルプロファイルを、接触形状および空乏領域の広がりと関連付けて分析した。
• I-VおよびKPFMデータの比較分析を実施し、接触の挙動とナノスケール電気的特性との直接的な関連を確立した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 接触の幾何学的形状が、単一ZnOナノワイヤーにおけるオミク行動とショットキ行動の形成にどのように影響するか？
• RQ2 KPFMで測定された表面ポテンシャルプロファイルと、接触の電気的特性との関係は何か？
• RQ3 空乏領域の広がりが、オミク接触とショットキ接触の挙動の間の遷移をどの程度決定づけているか？
• RQ4 KPFMおよびI-V測定を用いることで、個々のナノワイヤーにおける接触種別の信頼性ある区別と特性評価が可能か？

主な発見

• オミク接触は線形I-V特性を示し、低抵抗の電荷輸送を示したのに対し、ショットキ接触は非線形でダイオード的I-V挙動を示した。
• KPFM測定により、形成された接触種別と直接関連する明確な表面ポテンシャルプロファイルが観測された。
• 空乏領域の広がりが、オミクとショットキ挙動の間の遷移を決定づける重要な要因であることが同定された。
• 接触形状、I-V曲線の形状、およびナノワイヤーに沿った測定された表面ポテンシャル分布との明確な相関関係が確立された。
• 結果として、ナノワイヤーの幾何学的形状および界面設計を制御することで、接触の挙動を予測および設計可能であることが示された。