2024年3月8日发(作者：尔芳菲)
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筇２５卷第４１０】 ２０（】６年８月 电子显微学报 ｌＩ－２５ Ｎ０．４ ２０ｏ６—８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ 文章编号：Ｉｆｘ 一６２８Ｉ ｆ ２１ｋｑ６｝０４ Ｏ３２０ ０４ 单根氧化锌纳米带／Ａｕ电极体系，－ 特性的测量 李 萌 ，孙连峰 ，乔利杰 （】北京科技走学材抖物理系，北京１０００８３；２国家纳来科学中心，；ｌｂ市１０００８０） 摘要：利用电子啦２１＾土和鼻空羹蛀法，在单根氧圪锌蚋采带和ｓｉＯ Ｉ片上．制备了盘蚋采电极．采胡 端击对氧 采验发现较 艺锌蚋采带，金电挺组成的¨庳系存拉三种完全不司韵 我们认为这主 化辞纳采带的电流一电压｛ｔ ）特性进行刮量特性曲线．分别为对应于较小电阻的非时称阀值型曲线 厦电阻较是的整流型和巍性对称曲线要是由于氧亿辞纳最惜和电极的接触崎＇兄不同所连髋的洲量１丧明器１生在不同环境Ｆ｛空气和真空ｊ具有不同的 ｒ 特性 表现在当驯董环境１ｈ空气变为鼻空时．前一娄的Ｉ－ 特性变化不太．而后一类由整流型乇为巍性对转型 关键词：ｚ ｒＩ（】蚋采带；肖特基辞垒；摇船电阻；平面盎密度 中图分类号： Ｉ’Ｙ，３４：１Ｂ３８３； Ｉ、 Ｉ ｌ５ １６：１ ｌｌ５ ２ｌ’５ ７ ・文献标识码：＾ 维纳米材料是研究各种低堆特胜和小Ｋ寸效 而氧化物半导侔纳、水线作为． 匿日＝＿『的＿ｒｆ】ｆＨ喀ｎ ｝ｌｌＩ’和Ｇｒａ（１ｉｅ ｒ｝ｌ模式图 亮度代表与 应的理想休系 ＳｉＯ：／Ｓｉ片丧面垂直 向的高度大小．．亮度越大．垂 商高度也越高纳水带的 堙约为】００ｎｎ 与ＳＥＭ 照片看到晌四个较为一致的盒瞒半导体结彤貔特征 小Ｉ司．通过图２发现，采朋ｉｐ．ｒ 刮蚀和真空蒸髓制 备的盒ｌ乜概与氧化锌纳米带∞心个Ｍ 接触结具有 不同的厚度和接触ｆ『『『＝税情况不同造成的 种重要的无机功能材剁．在过去帅几年巾 经成为 册究的热点。氧化锌具有半导怍和压ｌ乜双重特性， 但可用作发光材半斗 光电子器件 场效Ｉ越晶ｆ奉＿ 管 以硬气敏卓干料 ．而目．也 １放电ｒ力学系统 （ＭＥＭＳ）作为传感器、制动器１嗣１压电换能器得到广泛 应用 人们通址研究发现．氯化锌纳米线存在三 耕－不同的Ｉ－Ｉ特性．分圳是对称 、帮流刊和线型 这是制ｌ斋过程中电槛的沉 有几给出了盒榭一’ 导体 金属（ 一 —Ｍ）模型 ＿Ｉ１干器件在眼设过私中处ｒ 同时环境 此．氧化 钵纳米带／盒Ｊ矗Ｊ乜槭体系的Ｍ一一一Ｍ摸 在不Ｉ刮环境 ｃ蛔空气删真 ）的Ｉ－ｌ特性研究山具有重螫的意 芷ｌ 率史 究ｒ氧化计钠斗乏带庄卒气和 字环境 ／－ 。特 『Ｉ勺变化 ｌ实验 将氧化 纳米惜。 ｊ 乙 中越南什散３０－－－ｉｘ ， 滴在ＳｉＯ， Ｊ 选取舒敞较 的啦根氧化锌纳水 剡蚀ｆ１】真宅楚镀制斋金的ＬＩｑ ｌ冬『Ｉ所 为其 ｔ个电概相ｆ Ｉ刊Ｉ 瓴化件蚋末话 Ｉ盒ｌ Ｂａｒ＝！ … 带．定位井呆＂ＪＩｕ ｌ 端ＩＵ概．蚪接川ｔ连｝ 纳术带ｎｑ Ｍｊ 片Ｍ ｎ勺 的、 州Ｊｆ 阳』引ｌｉｆ ．纳１求－ 长度约灯１０ ¨ ．Ｉ 『Ｊｌ１ｌ，宽寝约为２０４）ｎｉｌ｝．ｆ ｔ醍问研 为２ ｔｉｌ１］Ｌ＾主刮彳 丹剧为Ｉ ２．４ ｊ【｝ｊ ｒ幂蹦 端披删啦 什 特肚，刊Ｉ，３ 端进＂电流¨描．川此实岛 洲 ｜ｔｈ１。、ＥＭ…｜ｌｌ ｒ ｏｌ ｌＩＩ ｌ￣ｔｌｌｌｏｌ１ｅｈ ＨＩｈ ４ ｐ￣ｒａｌｌｅｌ ｗ，Ｉ 、… …・Ｉｈ Ｂａｒ＝ … 量的为２、４ＭＳ± 投』￡之Ｍ的氧化锌ｔ １特ｒ 采用 Ｉ’Ｍ ｌｊ纳求带曼 Ｉ毡拙进 于扫描成慷 图２为Ｉ乜儆的 ｌ Ｍ 片．讣别斯２【Ｊ川ｎ 收稿日期：２１；｛１６．０４．１６；修订日期：２１）ｌｉｆｔ．０５．３（） ２结果与讨论 采ｒｆ］阻端法分圳洲艟丁毹化蚌纳米带／余电极 １０ １Ｉ Ｊｌ１范 怍者简介： 帕 １９１￣１］ｊ，训［ 嘏），Ｉｈ东湖博＾．时士研究生 ＊通讯作者：开利杰 １９５７一：． 漩族），… 愉沂＾长江学蕾特聘＿鞍授，博 研究 导师Ｅ－ｒＴｌ＿ｌｌｉｌ：ｌ Ｉｑｔｍ一 …ｔＬ Ｉ Ｊ．１…
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３２２ 电子显微学报Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｍｓｃ．Ｓｏｃ 第２５卷 图３具有较为理想金属半导体接触的氧化锌纳米带 （１号样品）在空气和真空中的，＿ 曲线。 Ｆｉｇ．３ Ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／－Ｖ ＣＵｌ＇Ｖｅｓ ｏｆＺｎＯ ｎａｎｏｂｅｈ（ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ．１）ｕｎｄｅｒ ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＭＳ ｃｏｎｔａｃｔ ｉｓ ｒａｔｈｅｒ ｐｅｒｆｅｃｔ． 图４金属半导体接触电阻较大时氧化锌纳米带（２号 样品）在空气和真空中的，＿ 曲线。 Ｆｉｇ．４ Ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／－Ｖ ＣＵｌ＇Ｖｅｓ ｏｆ ＺｎＯ ｎａｎｏｂｅｈ（ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ．２）ｕｎｄｅｒ Ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＭＳ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｒａｔｈｅｒ ｈｉｇｈ． 属半导体接触电阻较大。 我们通过实验得到了三种完全不同类型的，． 曲线，分别是非对称阀值型、整流型和线性对称型。 前一种曲线对应于较为理想的金属半导体接触，通 过曲线测得氧化锌纳米线真空中的电阻为３．７ ＭＩ２， 空气中略有增大（４ ＭＩ２），与文献报道相一致；而后 两种分别为接触电阻较大时器件在空气和真空中的 ，． 曲线。通过图３和图４的对比，可以发现ｓａｍｐｌｅ １（接触电阻较小）在真空和空气中，． 特性变化不 大，而ｓａｍｐｌｅ ２（接触电阻较大）在空气中不但电阻 较大，而且，． 特性也由线性对称变为整流特性。 采用四端法测量半导体纳米带的，． 特性对于 研究接触势垒、空间电荷层以及界面态密度对Ｍ．ｓ． Ｍ结构导电特性的影响具有重要意义。金属与半导 体接触形成欧姆接触或肖特基接触，取决于半导体 类型和金属的功函数 。金的功函数约为４．７ｅＶ， 氧化锌禁带宽度约为３．３５ｅＶ，是一种浅施主浓度的 ｎ型半导体。因此，它们之间形成了肖特基接触。 由此产生的肖特基势垒对于氧化锌纳米带的导电特 性至关重要。理想的ＭＳ接触要求金属和半导体实 现原子尺度上的接触，并且两者之间没有夹杂物，没 有吸附的杂质和表面电荷。 当四电极与半导体纳米带的接触较为理想，如 接触较为紧密、接触面积相同时，ＭＳ接触电阻较小， ２、４对应的两个肖特基势垒高度相同，根据Ｍ．ｓ．Ｍ 模型的热电子发射理论应该得到对称的，． 曲线。 但在纳米电极制备过程中几乎很难实现理想接触。 ＳＰＭ扫描照片也很清楚的表明１、２、３、４四个金属半 导体接触点的接触面积、电极厚度和形状都有所不 同。因此，在测量的两个ＭＳ结上存在不同高度的 肖特基势垒，肖特基势垒的不对称导致加正向电流 和反向电流所得到的，． 曲线是不对称的。 对于Ｓａｍｐｌｅ １，接触电阻还是小到几乎可以忽 略，这确保了可以测量出符合实际情况的氧化锌纳 米带的电阻大小。这个实验表明金属半导体达到了 较为理想的接触。真空和空气环境中，＿ 特性改变 不大。而ｓａｍｐｌｅ ２与ｓａｍｐｌｅ １相比，两者纳米带宽 度、厚度、电极间距几乎完全相同，所以纳米带电阻 应该也相差不多。但根据其，＿ 曲线测得的电阻比 ｓａｍｐｌｅ １的电阻大一个数量。这显然不是氧化锌纳 米带的本征电阻值。而导致电阻变大的原因只能是 接触电阻。杂质和一些绝缘夹层（如电极制备过程 中需要接触到的一些有机物质）在界面处的吸附会 增大接触电阻。 ，． 特性的改变主要是因为势垒高度的变化。 而势垒高度的改变只能通过界面处的接触面积、接 触紧密度、界面夹杂和气体吸附加以改变。接触和 夹杂已经不能改变的条件下，两个样品真空和空气 环境中，． 特性的不同变化很可能与氧的吸附有 关。对于ｓａｍｐｌｅｌ，由于金和半导体紧密接触，氧很 难在ＭＳ界面发生吸附从而形成界面电荷层，因而 几乎不会改变肖特基势垒的高度和界面态密度；而 对于ｓａｍｐｌｅ ２，很可能是因为ＭＳ接触不紧密，氧在 界面处吸附形成Ｏ ，界面态被负电荷占据，从而导 致势垒高度的增加。若界面态密度很大，则会产生 费米能级钉扎效应。真空时界面态密度很低，势垒 降低，，． 曲线由整流特性变为近似于线性。当然 这只是一种推测，还需进一步的实验来加以证明。
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第４期 李 萌等：单根氧化锌纳米带／Ａｕ电极体系Ｉ．Ｖ特性的测量 ３２３ ：ｓ？ｍｐｋ ２的接触电阻是无法 参考文献： 消除的，因此电阻还是较大。 ’一…。 ［１］Ｋａｎｅ Ｃ Ｌ，Ｂａｌｅｎｔｓ Ｌ，Ｆｉｓｈｅｒ Ｍ Ｐ．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，１９９７，７９： ５０８６． ３ 结论 （１）当氧化锌纳米带半导体与金电极接触较为 理想时，采用四端法测得的氧化锌纳米带真空中电 阻约为３．７ ＭＱ，电阻率为３．７Ｑ・ｃｍ；空气略微增大， 电阻为４ＭＩ２，电阻率为４１２・ｃｍ。 （２）当半导体与金属接触不是特别紧密时，接 触电阻较大，测得的电阻值比氧化锌纳米带本征电 阻值高一个数量级。 （３）接触电阻较大时的，－ 曲线在真空中为线 性，空气中为整流特性。这可能是由于氧在界面处 吸附使得界面态被负电荷占据，从而导致势垒高度 增和，－ 特性的变化。 Ｋａｎｅ Ｃ Ｌ，Ｍｅｌｅ Ｅ Ｊ．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，１９９７，７８：１９３２． Ｈｕａｎｇ Ｍ Ｈ，Ｙａｎｇ Ｐ Ｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１，２９２：１８９７． Ｋｅｅｍ Ｋ，Ｋｉｍ Ｈ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００４，８４：４３７６． Ｓｕｎ Ｂ，Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ Ｈ．Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ，２００５，５：２４０８． Ｗａｎ Ｑ，Ｈｅ Ｘ Ｌ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００４，８４：３０８５． Ｓｈｉｂａｔａ Ｔ，Ｕｎｎｏ Ｋ，Ｍａｋｉｎｏ Ｅ Ｓ．Ｓｅｎｓ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，２００２， １０２：１ｏ６． ［８］ Ｚｈａｎｇ Ｚ Ｙ，Ｊｉｎ Ｃ Ｈ，Ｃｈｅｎ Ｑ，Ｐｅｎｇ Ｌ Ｍ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ， ２ｏｏ６。８８：０７３１０２． Ｐｈｙｓ ［９］ Ｆａｎ Ｚ Ｙ，Ｗａｎｇ Ｄ Ｗ，Ｔｓｅｎｇ Ｗ Ｙ，Ｌｕ Ｊ Ｇ．ＡｐｐｌＬｅｔｔ，２Ｏ０４，８５：５９２３—５９２５． ［１０］ Ｒｈｏｄｅｒｉｃｋ Ｅ Ｈ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｒ Ｈ．Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｔａｃｔ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８８． Ｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｎａｎ０ｂｅｌｔ／ｇ０ｌｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍ ＬＩ Ｍｅｎｇ ，ＳＵＮ Ｌｉａｎ．ｆｅｎｇ２，ＱＩＡＯ Ｌｉ．ｊｉｅ （１ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３； ２ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅ－ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｏｒｍ ｆｏｕｒ ｇｏｌｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ＺｎＯ ｎａｎｏｂｌｔ ａｎｄ ＳｉＯ２／Ｓｉ ｗａｆｅｒ．Ｆｏｕｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｂｅｌｔ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｄｉｓｔｉｎｃｔ／－Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｄｅｃｉｄｉｎｇ ｔｏ ｍｅｔａｌ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＭＳ）ｃｏｎｔａｃｔ，ａｓｙｍｍｅｔｉｒｃ ｖａｌｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｃｕｒｖｅ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ａ ｍｕｃｈ ｌｏｗｅｒ ＭＳ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｄｉｄ ｎｏｔ ｃｈａｎｇｅ ｌａｒｇｅｌｙ ｕｎｄｅｒ ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ａｔ ｌａｒｇｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｌｍｏｓｔ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ａｎｄ ａｌｍｏｓｔ ｌｉｎｅａｒ ｃｕｒｖｅｓ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ａｐｐｅａｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｏｎ ＺｎＯ ｎａｏｂｅｌｔ／Ａｕ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍ ｐｌａｙｅｄ ａ ｋｅｙ ｒｏｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｂｅｌｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺｎＯ ｎａｎｏｂｅｈ；ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｂａｒｒｉｅｒｓ；ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｔａｔｅ ｄｅｎｓｉｔｙ
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筇２５卷第４１０】 ２０（】６年８月 电子显微学报 ｌＩ－２５ Ｎ０．４ ２０ｏ６—８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ 文章编号：Ｉｆｘ 一６２８Ｉ ｆ ２１ｋｑ６｝０４ Ｏ３２０ ０４ 单根氧化锌纳米带／Ａｕ电极体系，－ 特性的测量 李 萌 ，孙连峰 ，乔利杰 （】北京科技走学材抖物理系，北京１０００８３；２国家纳来科学中心，；ｌｂ市１０００８０） 摘要：利用电子啦２１＾土和鼻空羹蛀法，在单根氧圪锌蚋采带和ｓｉＯ Ｉ片上．制备了盘蚋采电极．采胡 端击对氧 采验发现较 艺锌蚋采带，金电挺组成的¨庳系存拉三种完全不司韵 我们认为这主 化辞纳采带的电流一电压｛ｔ ）特性进行刮量特性曲线．分别为对应于较小电阻的非时称阀值型曲线 厦电阻较是的整流型和巍性对称曲线要是由于氧亿辞纳最惜和电极的接触崎＇兄不同所连髋的洲量１丧明器１生在不同环境Ｆ｛空气和真空ｊ具有不同的 ｒ 特性 表现在当驯董环境１ｈ空气变为鼻空时．前一娄的Ｉ－ 特性变化不太．而后一类由整流型乇为巍性对转型 关键词：ｚ ｒＩ（】蚋采带；肖特基辞垒；摇船电阻；平面盎密度 中图分类号： Ｉ’Ｙ，３４：１Ｂ３８３； Ｉ、 Ｉ ｌ５ １６：１ ｌｌ５ ２ｌ’５ ７ ・文献标识码：＾ 维纳米材料是研究各种低堆特胜和小Ｋ寸效 而氧化物半导侔纳、水线作为． 匿日＝＿『的＿ｒｆ】ｆＨ喀ｎ ｝ｌｌＩ’和Ｇｒａ（１ｉｅ ｒ｝ｌ模式图 亮度代表与 应的理想休系 ＳｉＯ：／Ｓｉ片丧面垂直 向的高度大小．．亮度越大．垂 商高度也越高纳水带的 堙约为】００ｎｎ 与ＳＥＭ 照片看到晌四个较为一致的盒瞒半导体结彤貔特征 小Ｉ司．通过图２发现，采朋ｉｐ．ｒ 刮蚀和真空蒸髓制 备的盒ｌ乜概与氧化锌纳米带∞心个Ｍ 接触结具有 不同的厚度和接触ｆ『『『＝税情况不同造成的 种重要的无机功能材剁．在过去帅几年巾 经成为 册究的热点。氧化锌具有半导怍和压ｌ乜双重特性， 但可用作发光材半斗 光电子器件 场效Ｉ越晶ｆ奉＿ 管 以硬气敏卓干料 ．而目．也 １放电ｒ力学系统 （ＭＥＭＳ）作为传感器、制动器１嗣１压电换能器得到广泛 应用 人们通址研究发现．氯化锌纳米线存在三 耕－不同的Ｉ－Ｉ特性．分圳是对称 、帮流刊和线型 这是制ｌ斋过程中电槛的沉 有几给出了盒榭一’ 导体 金属（ 一 —Ｍ）模型 ＿Ｉ１干器件在眼设过私中处ｒ 同时环境 此．氧化 钵纳米带／盒Ｊ矗Ｊ乜槭体系的Ｍ一一一Ｍ摸 在不Ｉ刮环境 ｃ蛔空气删真 ）的Ｉ－ｌ特性研究山具有重螫的意 芷ｌ 率史 究ｒ氧化计钠斗乏带庄卒气和 字环境 ／－ 。特 『Ｉ勺变化 ｌ实验 将氧化 纳米惜。 ｊ 乙 中越南什散３０－－－ｉｘ ， 滴在ＳｉＯ， Ｊ 选取舒敞较 的啦根氧化锌纳水 剡蚀ｆ１】真宅楚镀制斋金的ＬＩｑ ｌ冬『Ｉ所 为其 ｔ个电概相ｆ Ｉ刊Ｉ 瓴化件蚋末话 Ｉ盒ｌ Ｂａｒ＝！ … 带．定位井呆＂ＪＩｕ ｌ 端ＩＵ概．蚪接川ｔ连｝ 纳术带ｎｑ Ｍｊ 片Ｍ ｎ勺 的、 州Ｊｆ 阳』引ｌｉｆ ．纳１求－ 长度约灯１０ ¨ ．Ｉ 『Ｊｌ１ｌ，宽寝约为２０４）ｎｉｌ｝．ｆ ｔ醍问研 为２ ｔｉｌ１］Ｌ＾主刮彳 丹剧为Ｉ ２．４ ｊ【｝ｊ ｒ幂蹦 端披删啦 什 特肚，刊Ｉ，３ 端进＂电流¨描．川此实岛 洲 ｜ｔｈ１。、ＥＭ…｜ｌｌ ｒ ｏｌ ｌＩＩ ｌ￣ｔｌｌｌｏｌ１ｅｈ ＨＩｈ ４ ｐ￣ｒａｌｌｅｌ ｗ，Ｉ 、… …・Ｉｈ Ｂａｒ＝ … 量的为２、４ＭＳ± 投』￡之Ｍ的氧化锌ｔ １特ｒ 采用 Ｉ’Ｍ ｌｊ纳求带曼 Ｉ毡拙进 于扫描成慷 图２为Ｉ乜儆的 ｌ Ｍ 片．讣别斯２【Ｊ川ｎ 收稿日期：２１；｛１６．０４．１６；修订日期：２１）ｌｉｆｔ．０５．３（） ２结果与讨论 采ｒｆ］阻端法分圳洲艟丁毹化蚌纳米带／余电极 １０ １Ｉ Ｊｌ１范 怍者简介： 帕 １９１￣１］ｊ，训［ 嘏），Ｉｈ东湖博＾．时士研究生 ＊通讯作者：开利杰 １９５７一：． 漩族），… 愉沂＾长江学蕾特聘＿鞍授，博 研究 导师Ｅ－ｒＴｌ＿ｌｌｉｌ：ｌ Ｉｑｔｍ一 …ｔＬ Ｉ Ｊ．１…
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３２２ 电子显微学报Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｍｓｃ．Ｓｏｃ 第２５卷 图３具有较为理想金属半导体接触的氧化锌纳米带 （１号样品）在空气和真空中的，＿ 曲线。 Ｆｉｇ．３ Ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／－Ｖ ＣＵｌ＇Ｖｅｓ ｏｆＺｎＯ ｎａｎｏｂｅｈ（ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ．１）ｕｎｄｅｒ ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＭＳ ｃｏｎｔａｃｔ ｉｓ ｒａｔｈｅｒ ｐｅｒｆｅｃｔ． 图４金属半导体接触电阻较大时氧化锌纳米带（２号 样品）在空气和真空中的，＿ 曲线。 Ｆｉｇ．４ Ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／－Ｖ ＣＵｌ＇Ｖｅｓ ｏｆ ＺｎＯ ｎａｎｏｂｅｈ（ｓａｍｐｌｅ Ｎｏ．２）ｕｎｄｅｒ Ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＭＳ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｒａｔｈｅｒ ｈｉｇｈ． 属半导体接触电阻较大。 我们通过实验得到了三种完全不同类型的，． 曲线，分别是非对称阀值型、整流型和线性对称型。 前一种曲线对应于较为理想的金属半导体接触，通 过曲线测得氧化锌纳米线真空中的电阻为３．７ ＭＩ２， 空气中略有增大（４ ＭＩ２），与文献报道相一致；而后 两种分别为接触电阻较大时器件在空气和真空中的 ，． 曲线。通过图３和图４的对比，可以发现ｓａｍｐｌｅ １（接触电阻较小）在真空和空气中，． 特性变化不 大，而ｓａｍｐｌｅ ２（接触电阻较大）在空气中不但电阻 较大，而且，． 特性也由线性对称变为整流特性。 采用四端法测量半导体纳米带的，． 特性对于 研究接触势垒、空间电荷层以及界面态密度对Ｍ．ｓ． Ｍ结构导电特性的影响具有重要意义。金属与半导 体接触形成欧姆接触或肖特基接触，取决于半导体 类型和金属的功函数 。金的功函数约为４．７ｅＶ， 氧化锌禁带宽度约为３．３５ｅＶ，是一种浅施主浓度的 ｎ型半导体。因此，它们之间形成了肖特基接触。 由此产生的肖特基势垒对于氧化锌纳米带的导电特 性至关重要。理想的ＭＳ接触要求金属和半导体实 现原子尺度上的接触，并且两者之间没有夹杂物，没 有吸附的杂质和表面电荷。 当四电极与半导体纳米带的接触较为理想，如 接触较为紧密、接触面积相同时，ＭＳ接触电阻较小， ２、４对应的两个肖特基势垒高度相同，根据Ｍ．ｓ．Ｍ 模型的热电子发射理论应该得到对称的，． 曲线。 但在纳米电极制备过程中几乎很难实现理想接触。 ＳＰＭ扫描照片也很清楚的表明１、２、３、４四个金属半 导体接触点的接触面积、电极厚度和形状都有所不 同。因此，在测量的两个ＭＳ结上存在不同高度的 肖特基势垒，肖特基势垒的不对称导致加正向电流 和反向电流所得到的，． 曲线是不对称的。 对于Ｓａｍｐｌｅ １，接触电阻还是小到几乎可以忽 略，这确保了可以测量出符合实际情况的氧化锌纳 米带的电阻大小。这个实验表明金属半导体达到了 较为理想的接触。真空和空气环境中，＿ 特性改变 不大。而ｓａｍｐｌｅ ２与ｓａｍｐｌｅ １相比，两者纳米带宽 度、厚度、电极间距几乎完全相同，所以纳米带电阻 应该也相差不多。但根据其，＿ 曲线测得的电阻比 ｓａｍｐｌｅ １的电阻大一个数量。这显然不是氧化锌纳 米带的本征电阻值。而导致电阻变大的原因只能是 接触电阻。杂质和一些绝缘夹层（如电极制备过程 中需要接触到的一些有机物质）在界面处的吸附会 增大接触电阻。 ，． 特性的改变主要是因为势垒高度的变化。 而势垒高度的改变只能通过界面处的接触面积、接 触紧密度、界面夹杂和气体吸附加以改变。接触和 夹杂已经不能改变的条件下，两个样品真空和空气 环境中，． 特性的不同变化很可能与氧的吸附有 关。对于ｓａｍｐｌｅｌ，由于金和半导体紧密接触，氧很 难在ＭＳ界面发生吸附从而形成界面电荷层，因而 几乎不会改变肖特基势垒的高度和界面态密度；而 对于ｓａｍｐｌｅ ２，很可能是因为ＭＳ接触不紧密，氧在 界面处吸附形成Ｏ ，界面态被负电荷占据，从而导 致势垒高度的增加。若界面态密度很大，则会产生 费米能级钉扎效应。真空时界面态密度很低，势垒 降低，，． 曲线由整流特性变为近似于线性。当然 这只是一种推测，还需进一步的实验来加以证明。
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第４期 李 萌等：单根氧化锌纳米带／Ａｕ电极体系Ｉ．Ｖ特性的测量 ３２３ ：ｓ？ｍｐｋ ２的接触电阻是无法 参考文献： 消除的，因此电阻还是较大。 ’一…。 ［１］Ｋａｎｅ Ｃ Ｌ，Ｂａｌｅｎｔｓ Ｌ，Ｆｉｓｈｅｒ Ｍ Ｐ．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，１９９７，７９： ５０８６． ３ 结论 （１）当氧化锌纳米带半导体与金电极接触较为 理想时，采用四端法测得的氧化锌纳米带真空中电 阻约为３．７ ＭＱ，电阻率为３．７Ｑ・ｃｍ；空气略微增大， 电阻为４ＭＩ２，电阻率为４１２・ｃｍ。 （２）当半导体与金属接触不是特别紧密时，接 触电阻较大，测得的电阻值比氧化锌纳米带本征电 阻值高一个数量级。 （３）接触电阻较大时的，－ 曲线在真空中为线 性，空气中为整流特性。这可能是由于氧在界面处 吸附使得界面态被负电荷占据，从而导致势垒高度 增和，－ 特性的变化。 Ｋａｎｅ Ｃ Ｌ，Ｍｅｌｅ Ｅ Ｊ．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，１９９７，７８：１９３２． Ｈｕａｎｇ Ｍ Ｈ，Ｙａｎｇ Ｐ Ｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１，２９２：１８９７． Ｋｅｅｍ Ｋ，Ｋｉｍ Ｈ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００４，８４：４３７６． Ｓｕｎ Ｂ，Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ Ｈ．Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ，２００５，５：２４０８． Ｗａｎ Ｑ，Ｈｅ Ｘ Ｌ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００４，８４：３０８５． Ｓｈｉｂａｔａ Ｔ，Ｕｎｎｏ Ｋ，Ｍａｋｉｎｏ Ｅ Ｓ．Ｓｅｎｓ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，２００２， １０２：１ｏ６． ［８］ Ｚｈａｎｇ Ｚ Ｙ，Ｊｉｎ Ｃ Ｈ，Ｃｈｅｎ Ｑ，Ｐｅｎｇ Ｌ Ｍ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ， ２ｏｏ６。８８：０７３１０２． Ｐｈｙｓ ［９］ Ｆａｎ Ｚ Ｙ，Ｗａｎｇ Ｄ Ｗ，Ｔｓｅｎｇ Ｗ Ｙ，Ｌｕ Ｊ Ｇ．ＡｐｐｌＬｅｔｔ，２Ｏ０４，８５：５９２３—５９２５． ［１０］ Ｒｈｏｄｅｒｉｃｋ Ｅ Ｈ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｒ Ｈ．Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｔａｃｔ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８８． Ｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｎａｎ０ｂｅｌｔ／ｇ０ｌｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍ ＬＩ Ｍｅｎｇ ，ＳＵＮ Ｌｉａｎ．ｆｅｎｇ２，ＱＩＡＯ Ｌｉ．ｊｉｅ （１ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３； ２ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅ－ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｏｒｍ ｆｏｕｒ ｇｏｌｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ＺｎＯ ｎａｎｏｂｌｔ ａｎｄ ＳｉＯ２／Ｓｉ ｗａｆｅｒ．Ｆｏｕｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｂｅｌｔ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｄｉｓｔｉｎｃｔ／－Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｄｅｃｉｄｉｎｇ ｔｏ ｍｅｔａｌ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＭＳ）ｃｏｎｔａｃｔ，ａｓｙｍｍｅｔｉｒｃ ｖａｌｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｃｕｒｖｅ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ａ ｍｕｃｈ ｌｏｗｅｒ ＭＳ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｄｉｄ ｎｏｔ ｃｈａｎｇｅ ｌａｒｇｅｌｙ ｕｎｄｅｒ ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ａｔ ｌａｒｇｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｌｍｏｓｔ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ａｎｄ ａｌｍｏｓｔ ｌｉｎｅａｒ ｃｕｒｖｅｓ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ａｍｂｉｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ａｐｐｅａｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｏｎ ＺｎＯ ｎａｏｂｅｌｔ／Ａｕ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍ ｐｌａｙｅｄ ａ ｋｅｙ ｒｏｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｂｅｌｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺｎＯ ｎａｎｏｂｅｈ；ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｂａｒｒｉｅｒｓ；ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｔａｔｅ ｄｅｎｓｉｔｙ