[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究通过电流-电压（I-V）测量和开尔文探针力显微镜（KPFM）技术，研究了单根ZnO纳米线上的欧姆接触与肖特基接触，揭示了接触类型、电势分布轮廓与纳米线几何结构之间的强关联。关键发现表明，接触行为（线性（欧姆）或二极管样（肖特基））与耗尽区范围直接相关，从而可实现对场效应晶体管和光电探测器等纳米器件的更优设计。

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.

研究动机与目标

• 理解欧姆与肖特基接触在单根ZnO纳米线上的电学行为，以用于纳米电子与光电子器件。
• 利用先进表征技术，将接触特性与纳米线几何结构及表面势能分布相关联。
• 阐明耗尽区在决定接触类型与电学响应中的作用。
• 为基于ZnO的纳米器件（如场效应晶体管和光电探测器）的可靠接触工程提供基础。

提出的方法

• 采用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）合成ZnO纳米线。
• 利用电子束光刻技术在单根纳米线上制备精确的接触几何结构。
• 进行电流-电压（I-V）测量，以将接触分类为欧姆（线性）或肖特基（非线性、二极管样）。
• 采用开尔文探针力显微镜（KPFM）沿纳米线测绘表面电势，并与接触类型相关联。
• 分析电势分布轮廓与接触几何结构及耗尽区范围的关系。
• 对I-V与KPFM数据进行对比分析，建立接触行为与纳米尺度电学特性之间的直接关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 接触几何结构在多大程度上影响单根ZnO纳米线中欧姆与肖特基行为的形成？
• RQ2 由KPFM测得的表面势能分布与接触电学特性之间存在何种关系？
• RQ3 耗尽区的延伸范围在多大程度上决定了欧姆与肖特基接触行为之间的转变？
• RQ4 KPFM与I-V测量是否可用于可靠地区分和表征单根纳米线上的接触类型？

主要发现

• 欧姆接触表现出线性I-V特性，表明其具有低电阻的电荷输运行为；而肖特基接触则表现出非线性、二极管样的I-V行为。
• KPFM测量揭示了与所形成接触类型直接相关的独特表面电势分布轮廓。
• 耗尽区的范围被确定为影响欧姆与肖特基行为转变的关键因素。
• 建立了接触几何结构、I-V曲线形状与沿纳米线测量的表面电势分布之间的清晰关联。
• 结果表明，通过控制纳米线几何结构与界面设计，可实现对接触行为的预测与工程化。