（凝聚态物理专业论文）zno纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究.pdf

i 摘 要 在本论文中，我们研究了肖特基势垒对 zno 纳米线输运特性的控制作用，通过对 势垒的调控发展了紫外光检测器、电阻式存储器等高性能原型器件。紫外光照下界面 处的氧脱附和空穴捕获，对势垒进行了有效调控，发展了具有高灵敏度和快速回复时 间的紫外光检测器。另外我们还研究了 zno 纳米线表面氧空位对势垒结构的控制作 用，利用脉冲电压对界面氧空位浓度进行调控，发展了具有快速写入速度和高读取窗 口比值的电阻开关随机存储原型纳米器件。 第 1 章首先对一维光电探测器和阻变随机存储器研究进展进行了介绍。重点介绍 基于单根纳米线肖特基势垒紫外光检测器和电阻开关随机存储器，并以此为基础明确 了本论文研究选题，目的和主要研究内容。 第 2 章介绍了通过金催化剂辅助 vapour-liquid-solid (vls)生长方法得到结晶性 良好的单晶 zno 纳米线以及采用在位电场组装方法组装得到单根 zno 纳米线紫外光 检测器件和阻变开关随机存储器。 第 3 章制备了具有高灵敏度和快速回复时间的 zno 纳米线肖特基势垒紫外探测 器，并对其进行了表征。器件的开/关比，灵敏度和光电流增益分别为 4105, 2.6103 a/w, 和 8.5103。当关掉紫外光源时，在快速回复阶段光电流以指数下降约 3 个数量 级，平均恢复时间和时间常数分别为 0.28 s 和 46 ms。进一步讨论了纳米线肖特基势 垒光电探测器的光电流机制和回复过程，指出光电流的遂穿机制是纳米线肖特基势垒 光电探测器具有快速回复时间的根本原因。研究了 zno 纳米线表面吸附 o2和表面态 对空穴捕获对势垒高度的控制作用，并利用紫外光照对 o2吸附和势垒高度有效调控， 并发展了具有快速回复时间和高灵敏度的紫外检测器，并对得到的紫外光检测器的其 它性能进行了研究。 第 4 章制备了具有快速写入速度和高读取窗口比值的电阻开关随机存储原型纳米 器件。 器件的高低阻态开关比为 106, 写入时间为小于 20 ns， 开关保持时间大于 104 s。 研究了 zno 纳米线表面氧空位浓度对势垒高度及隧穿电流的影响， 并利用脉冲电压对 表面氧空位浓度进行了有效调控， 进而对 zno 纳米线肖特基势垒阻变存储器高低阻态 ii 的调控。并且分析了影响器件读入和擦除时间的因素，提出了基于对界面氧空位浓度 调控来实现对纳米线肖特基势垒结构进行调控的一维电阻开关存储器机制模型。 关键词：zno 纳米线，肖特基势垒，紫外光检测，阻变存储 iii abstract in this paper, we studied the effects of adsorbed oxygen of nanowire surface on the schottky barrier (sb). by using ultra violet (uv) to achieve effective regulation of oxygen adsorption and sb height, on the basis, the zno nanowire schottky barrier uv detector with high sensitivity and fast recovery time is developed. in addition, we also studied the effects of oxygen vacancy of nanowire surface on the sb. we used pulse voltage to achieve regulation of concentration of oxygen vacancy on the interface, and on the base of which the zno nanowire schottky barrier resistive switch random access memory with fast write time and high read out window is developed. in the first chapter the optoelectronic devices of one-dimensional, including one-dimensional photodetectors and resistance switch random access memory were introduced. the current research and key problems about single nanowire sb uv detector and resistive switch memory were mainly discussed. in the second chapter we described the synthesis of zno nanowires. the zno nanowire were grown on single si (100) crystal substrate by au catalyst assisted vapor liquid solid (vls). the uv detectors and resistive switch memorys based devices were fabricated by aligning single zno nanowires across paired au electrodes using dielectrophoresis. in the third chapter, the zno nw sb uv photodetector with high sensitivity and fast recovery speed has been fabricated and characterized. the zno nw makes two sb contacts with the two au electrodes, iv and a back-to-back sbs structure is formed. the on/off ratio, sensitivity and gain of photocurrent is 4105, 2.6103 a/w, and 8.5103, respectively. the photocurrent recovery consists of fast and slow processes. in the fast recovery process, the current can decrease exponentially to about 10-3 of photocurrent, and the average recovery time and time constant are 0.28 s and 46 ms, respectively. the photocurrent mechanism of zno nw sb photodetector is due to the generation of tunneling current, which is induced by the decrease of barrier height and increase of electric field near sb interface by trapping photogenerated holes. the dependences of photocurrent on barrier height and trapped holes are discussed, which indicate that the nw sb photodetector essentially has shorter recovery time than that of nw photodetector. in the fourth chapter we prepared with fast write speed and high-read window resistive switching memory devices. the resistance ratio of off state/on state was 106, write time is 104 s. the effects of surface oxygen vacancies on the tunneling barrier height were studied. the pulsed voltage was used to modify the concentration of oxygen vacancies which result in change the sb. in addition, we also analysis the factors on write and erase time, and developed the mechanism of nanowire resistance switch memory. key words: zno nanowire, schottky barrier, uv detector, resistive switch random access memory i 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 一维材料光电子器件研究进展 光电子器件的应用从简单的家庭用品到多媒体通讯系统，计算机，再到医疗系统 无不对人们的生活有着重要的影响。基于未来对光电子器件小型化和功能化的需求， 所以人们对纳米级的电子和光电子的需求是一个不断增长的状态，以期待研究人员能 够研发出更小且多功能的光电子器件。而半导体纳米线作为众多纳米材料中一个极具 应用前景并且生长合成容易控制等多方面的因素成为其中一个强有力的竞争对手正受 广泛研究，所以基于半导体纳米线构筑的光电子器件更是得到越来越多的研究人员的 关注。图 1-1 分别是利用有机半导体 p3ht 和 qt 与单根 zno 纳米线复合以形成异质 p-n 结。 通过 p3ht 和 qt 修饰后的有机无机半导体异质光伏器件的光吸收效率明显得 到了提高，并分别对其太阳能电池参数进行了表征1。 图 1-1(a)是 zno/有机半导体纳米线光伏器件结构示意图， 图(b)与(c)分别是利用 ebl 技术构筑 得到 zno/p3ht，zno/qt 器件的 sem 图像和电流-电压特征曲线。1 由于纳米线场效应晶体管相对于同种材料的块体或者薄膜器件具有更高的载流子 迁移率使得纳米线场效应晶体管在显示器件具有潜在的应用前景。图 1-2 为 sanghyun zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究 2 等人在玻璃和柔性基底上制备的具有光学透光性和机械柔软性等特征的 in2o3和 zno 场效应晶体管，以期在像素开关和驱动有源矩阵有机电致发光显示（oled）领域能 够有所应用2。 图 1-2(a) 为透明的纳米线场效应晶体管横截面示意图，其中缓冲层 sio2厚度 500 nm，栅极 izo 厚度 120 nm，al2o3删绝缘极厚度 18 nm，图 1-2(c)和(d)分别为基于 in2o3和 zno 构筑的透明 场效应晶体管 sem 图。2 半导体纳米线3-6， 纳米晶7, 8以及碳纳米管9-12等无论是采用自上而下的组装技术 还是自下而上的组装技术作为构建纳米级的电子和光子器件具有众多独特的优势3, 5, 13。并且这些纳米功能材料在构筑纳米级光电子器件的同时需要比现在微电子学领域 更高精度的设备，这又在很大程度上促进了现有光电子制造技术的发展。 1.1.1 一维纳米结构光检测器 光电检测器是通过器件对吸收的光信号转化为电平信号来工作的。光检测器的发 展可以追溯到 19 世纪 70 年代， 当时的 smith 和 may 在大西洋横断海底电信局所进行 的实验中发现，当光照射到 se 棒后，发现其电阻值改变了大约 30%。如今激光的发 展进一步促进了光电领域的发展。 通常来讲， 光电检测器主要包括以下三个基本过程： （1）材料对入射光的吸收，产生光生载流子； （2）光生载流子在内建电场或者外加偏 置下发生分离； （3）分离的光生载流子在回路中产生附加光电流，引起额外的光电流 第 1 章 绪论 3 变化。伴随着非相干和相干光源向红外波段的扩展，高速、高灵敏度光电检测器的需 求日益增加。对于众多的光电检测器主要可以分为两个大类：一类是热检测器，另一 类是光检测器。 其中热电检测器是通过感应温度的升高来检测光线。热电检测器在红外，激光功 率能量测量中应用广泛。当检测器的表面吸收光能后，检测器的表面温度会升高，这 种类型的检测器适于远红外波长检测。而光检测器主要是基于量子光电效应，即光子 激发电子-空穴对，形成光电流。 以一维或者准一维的纳米结构材料来构筑纳米光电子功能电路元件已得到了广泛 的研究14, 15。得力此过程之中的一维或者准一维纳米材料合成和构筑技术，很多功能 材料如半导体材料，金属材料，以及超导材料都可以先合成得到纳米线然后再利用各 种不同的构筑技术来得到基于纳米线的器件，然后对这些纳米器件进行研究，反过来 又会增进对这种材料的研究。在纳米级的集成技术研究过程中，也是这种方式开创了 一种更全面的理解和利用这些低维材料独特的物理性质，例如它们的热电性质，量子 限域性质，生物增强性质和气体灵敏性质，而这些性质大多是由于这些一维材料具有 较大的比表面积。在这些效应之中，目前研究的最多的是这些一维材料对光的灵敏性 质，即光电导性质。这也是一维纳米材料最有可能在光电检测，光伏器件，光开关， 光分复用器，生物或者化学传感器等领域率先被应用的性质。 将半导体纳米线以及纳米线结构用来作为光电检测器，具有广阔的应用前景。众 所周知半导体材料的光电导就是由于光照引起光电导的改变，对于半导体材料来说， 光电导通常是增加的16-18。实际上光电导包括几个复杂的过程，首先是材料对光的吸 收，然后产生光生载流子，接着是载流子的传输，在载流子的传输过程中往往还包括 由照射造成的电导率改变的大小，其中由吸收光子产生的载流子数（载流子的量子产 率）和光生载流子的迁移率决定。这种改变的持续时间决定于很多因素，如载流子的 寿命和载流子碰到陷阱的时间。 根据光电流的变化机制不同可将半导体光电检测器分为以下几种： 光电导检测器， 光电二极管，雪崩光电二极管，光电晶体管，金属-半导体-金属光电检测器等。在实 际应用中，面向不同的性能要求，需要不同类型的光电探测器。其中光电导体因其结 构简单，价格低以及稳定的特性受到人们的关注。而单根纳米线光电导检测器由单根 纳米线和与纳米线欧姆接触的电极构成。示意图如图 1-1 所示： zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究 4 图 1-3 纳米线光电导检测器示意图。其中是 i0光辐照度，jpc是电流密度，f 是沿着电流方向 的外加电场力，v 是电荷迁移速度。19 纳米线光电导检测器物理机制主要是：当入射光照射在纳米线表面时，价带电子 吸收能量通过带间跃迁或者通过禁带中的能级参与跃迁， 导致导带中载流子浓度增加， 引起电导率增加， 这也是光检测灵敏度的原因。 由于一维纳米线具有较大的比表面积， 所以一维纳米线具有很高的光检测电灵敏度。 最近以来基于 zno 纳米线构筑电子器件以及光子器件得到了广泛的研究， 如场效 应晶体管20, 21， 气体传感器22， 激光二极管23, 24， 光电探测器25， 由于其具有约 3.4 ev 的禁带宽度，基于 zno 纳米线构筑的紫外光检测器引起了研究人员极大兴趣。图 1-4 为 soci 等人报道内部光电导增益值高达 108的单根 zno 紫外光电导检测器26。 图 1-4 单根 zno 纳米线紫外光检测器。 (a)图为单根 zno 纳米线的光电流在不同光强下的 i-v 曲线，插图为参考文献中所构筑的单根 zno 纳米线紫外光检测原型器件；(b)图是该器件在不同的 光子吸收率下得到的光电导增益；(c)图为在不同偏压下的光电流响应时间和回复时间关系26。 他们认为是由于在纳米线表面存在和 o 相关的空穴陷阱，阻止了载流子的复合， 第 1 章 绪论 5 而延长了光生载流子寿命，从而出现如此之大的光电导增益。也正是这种高光电导增 益机制使得紫外光检测器所表现出来的响应时间常数和回复时间常数分别为 23 s 和 33 s 之大，如此之慢的回复时间严重限制了其在高速光检测领域中的应用。 当光照停止以后， 载流子浓度会以一定的速率复合衰减， 进而引起电导率的减小。 通常在光电导检测器中载流子的衰减速度符合衰减的指数规律27： )exp()0()( t ntn= （1） 其中为衰减时间常数。 研究中发现基于单根纳米线构筑的光检测器很多具有很大衰减时间常数及较长的 回复时间 （回复时间一般定义为停止光照后的电流值恢复到光照前相同数量级） 。 如图 1-5所示为采用聚焦离子束技术在zno纳米线的不同位置沉积pt电极， 并以此系统研 究其光电导性质。图1（a）为所制备原型器件的sem图， （b）为在波长为340 nm的 脉冲光周期照射时的光电流变化曲线，拟合结果显示光电流的回复时间为300 s。目前 研究认为主要有两方面的原因导致了较大的回复时间常数及较长的回复时间。第一： 由于光照时从半导体表面脱附的o2等重新吸附到纳米线表面，因为o2的吸附是一个 缓慢的过程，所以导致纳米线检测器的电流恢复时间变得很长26。第二：由于在纳米 线表面存在的表面态会引起表面耗尽层，进而引起表面能带弯曲，导致了光照后光生 载流子的复合时间延长28。 图 1-5(a) 采用 fib（focused ion beam 聚焦离子束）技术得到单根 zno 纳米线光检测原型器 件；(b) 图为样品的光电流随时间的变化规律曲线。29 zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究 6 1.1.2 一维材料电阻开关存储器 1.1.2.1 阻变存储器的研究 最近以来，阻变随机存储作为一个新兴的存储技术受到人们的关注。目前在金属 氧化物31，有机化合物32, 33等材料中都报道有电阻开关现象。其中电阻开关随机存储 记忆单元结构就像一个电容器结构中间是半导体或者绝缘体，上下两面是金属，作为 器件的电极。示意图如1-6所示： 图 1-6(a) 阻变随机存储器电容器结构原理示意图，中间氧化物一般为绝缘体或者是半导体材 料上下为金属电极。(b) 为交叉型忆阻型结构。其中每一个交叉点对应一个独立存储单元。30 由于其结构简单，而备受关注，并且一些基于高密度交叉点和多重态存储结构的 设想也已经被提出来。在电阻开关现象中，电阻值在一脉冲电压下发生改变，并且电 阻值的改变量可以通过设定一个合适的脉冲电压值实现，最近的研究表明电阻状态的 转变速度可以达到纳秒数量级34。在这些表现出电阻开关现象的材料中，氧化物材料 被研究的最多。在1962年，hickmott 35第一次报道了在al/al2o3/al体系中的电流电 压回线性质，其实验现象表明电阻开关的发生需要外加电场的作用。电阻开关现象随 后陆续的在一些二元化合物里面被发现，如sio236和nio37。 目前研究中提出了一些模型来解释其中机制，其中具有代表性的有如下几种：电 荷陷阱模型36，导电丝模型37，畴遂穿模型38，肖特基势垒模型39。上世纪60年代 和80年代研究人员主要关注的是二元金属氧化物40, 41，随后asamitsu等人报道基于 pcmo电阻开关性质之后，复杂的过渡金属氧化物比如钙钛矿型磁性化合物便成为研 究人员的关注对象。 最近电阻开关原型器件分别被sharp corporation，samsung31以及 一些大学研究所制造出来。但是关于电阻开关的一个重要问题即开关机制目前还没有 第 1 章 绪论 7 被研究清楚，所以它的发展相对于铁电随机存储，磁性随机存储，极化随机存储来说 发展的相对慢些，而这些也很有可能成为下一代非易失性存储原件。 电阻开关现象在如pcmo42，cr 掺杂的srzro343，srtio344，nio231，tio245, cu2o46等基于三元化合物和二元化合物的金属-氧化物-金属中被发现，但观察到的电 阻开关现象似乎因材料不同而现象不同。不过从得到的电流-电压曲线上来看，开关行 为可以被分为两种类型：一种是单极型，另外一种是双极性。在单极型电阻开关过程 中，开关的方向依赖于所加电压的幅度而不是所加电压的极性。即器件在初始时处于 高阻态（hrs） ，通过加一定大小的偏置电压可以使其转变为低阻态（lrs） 。这一过 程一般称为器件的形成过程，也就是在正常工作之前，先要经历一个初始化的过程。 在形成过程之后存储单元可以通过施加一个阈值电压使其重新转变为高阻态，这个过 程一般称作重置过程。存储原件由高阻态变为低阻态过程中，所加的偏压一般要大于 形成电压。一般单极型的电阻开关现象多在绝缘金属氧化物中观察到，如双极性金属 氧化物。而双极性电阻开关呈现出于的电阻开关依赖于所加电压的极性。这种类型的 电阻开关现象多发生在半导体氧化物中，比如复杂的钙钛矿结构39, 43, 47, 48。 由于未来对非易失性高密度存储元件的要求，基于一维纳米材料的存储元件的研 究受到广泛关注，而目前关于一维材料非易失性存储的研究报道的还比较少，图1-6 是chang等人发表关于一维zno纳米棒阵列电阻开关行为的成果。 图 1-7(a) zno 纳米棒阵列扫描电镜照片，(b) 样品 xrd 图谱和高分辨图片，(c) 样品电流-电 压双扫描曲线，(d) 高低阻态的保持性能数据。49 zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究 8 他们首先在ito上生长zno纳米棒阵列（nrs） ，然后在阵列顶端沉积pt作为电 阻开关器件的电极。实验表明在经历了大约为0.72 v的正向形成电压之后，器件表现 出电流回线特性，其中重置电压为0.59 v。不过从实验数据来看，器件的高低阻态的 窗口很小，只有一个数量级多。并且文章中没有提到电阻开关的开时间和关时间。他 们认为zno nrs电阻开关机制与其表面的氧空位或者锌间隙在电场的作用下沿着 nrs竖直的方向运动形成类似于导电丝的通道有关。 1.2 一维材料肖特基势垒光电子器的研究进展 1.2.1 一维材料肖特基势垒光检测器的研究 肖特基势垒光检测器不同于光电导检测器，虽然其基本结构与光电导型光检测器 类似，不同之处在于首先光电导型中金属与纳米线接触为欧姆接触，而后者为肖特基 接触，其次光电流产生机制不同，光电导型光电流的改变靠的是光照射到纳米线，电 子吸收光子能量有价带跃迁至导带，发生带带跃迁，载流子在外加电场的作用之下构 成回路电流。 而肖特基势垒光检测除了发生吸收光子能量之后产生光生电子-空穴对之 外，对电流影响更重要的是金属与半导体界面势垒结构的变化，其中包括势垒高度和 势垒宽度的变化。 图 1-8 为单根 zno 纳米线肖特基势垒光检测性能测试结果。(a) 为器件光电流随着光波长的 变化曲线，插图为该器件的光学显微镜照片。(b) 为单根 zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测器在 365 nm 下光电流-电压曲线；(c) 为器件光电流周期变化图，所加偏压为 1 v，此时肖特基势垒处 于反向偏置。(d) 为光电流的衰减曲线与指数拟合曲线，如图所示的电流恢复时间常数为 0.8 s50。 第 1 章 绪论 9 最近有研究对zno纳米线肖特基势垒紫外光检测与光电导紫外检测做了研究50， 如图1-7所示，实验结果表明，欧姆接触型（ohmic type）光电导紫外检测器在光照 前后电流变化只有一倍左右，回复时间为417 s，而肖特基接触型（schottky type）紫 外光检测器在光照前后电流变化1500倍，更重要的是回复时间常数只有0.8 s。利用 zno纳米线与金属接触时形成的肖特基势垒有效地提高了紫外光的检测灵敏度和减少 回复时间，他们只是认为在zno/pt界面由于光照引起的氧脱附对缺陷态进行了调控， 改变了势垒高度，因此引起光照前后电流的变化。 1.2.2 一维材料肖特基势垒阻变存储器件的研究 由于一维纳米线各种独特的性质，一直受到研究人员的关注，并且基于纳米线构 筑的各种光电子器件在近十年已被广泛的研究。为适应未来对存储器件的存储密度要 求，需要研究人员开发新型高密度存储元件。 图 1-9(a) 为 mgo/co3o4 异质结构场发射电子显微镜照片；(b) 为相应的透射电镜，高分辨和 选区电子衍射照片51, 52。 图1-9是nagashima等人在构筑得到的单根mgo/co3o4纳米线多重态非易失性存 储元件，这也是nano lett. 首次报道单根纳米线电阻开关随机存储的研究工作。其中 核壳结构mgo/co3o4纳米线的合成是首先利用au催化剂辅助的气-液-固生长方法在 管式炉里面合成得到mgo纳米线，然后利用脉冲激光沉积（pulsed laser deposition） 方法在mgo表面沉积大约20 nm厚度的co3o4。 他们随后对器件的多重态和开关时间等性能进行了研究，结果如图1-10所示。其 中器件的开关时间分别为500 s (15 v)和200 s (3 v)，高阻和低阻的读取窗口最大值 约为1000倍。他们认为这种单根核壳结构mgo/co3o4纳米线中的双极型电阻开关 zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究 10 （bipolar resistive switch） 现象可能与电化学氧化还原形成的纳米级导电丝通道有关。 因为co3o4是p型半导体，其导电通道可能是由富集的氧构成。 图 1-10(a) 为样品在对数坐标下 i-v 曲线，其中插图为通过电子束刻蚀方法得到的单根 mgo/co3o4结构的四电极样品的 sem 图；(b) 为器件的周期保持数据。52 1.3 目前存在的主要问题 尽管人们对基于半导体纳米线肖特基势垒紫外光检测器和电阻开关随机存储开展 了许多有意义的研究工作，但是在目前的研究中，仍然有许多问题，有待我们解决。 首先，对于肖特基势垒在提高紫外光检测灵敏度和回复时间中所起作用的认识有 待于进一步深入。虽然半导体纳米线和金属接触形成的肖特基势垒被认为是提高紫外 光检测灵敏度和回复时间的关键因素，根据我们以前的研究工作，半导体纳米线的表 面态是形成肖特基势垒的根本原因，而表面态包括悬空键和吸附物，这些具体因素在 紫外检测中分别起什么样的作用，又会对光照前后的输运性质有什么样的影响，以及 在提高检测灵敏度和回复时间等性能上有什么样的影响都有待于深入研究。 其次，对于肖特基势垒在电阻开关随机存储器中作用的认识有待于深入。由前面 介绍知道现在多认为纳米线电阻开关现象是由于纳米线体内发生电化学变化引起的。 但是由于纳米线具有丰富的表面态等不同于块体和薄膜材料等特点，基于纳米线构筑 的阻变存储元件的工作机理将与基于传统体相材料会有很大不同，尤其是肖特基势垒 在反向偏置下，结内强电场导致界面态发生怎样的变化，反过来又会对肖特基势垒结 构造成什么样的影响，进而对电阻开关的性能参数会有什么样的影响都有待于进一步 深入研究。 第 1 章 绪论 11 1.4 论文研究思路、目的和主要内容 相比于电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀技术来构筑单根半导体纳米线光电子器件的 方法相比，电场组装是一种更方便，高效的手段。我们以此为实验途径来构筑一维光 电子器件，并探索对纳米线肖特基势垒调控的方法，为发展新型肖特基势垒光电子器 件奠定基础。 首先，对单根zno纳米线肖特基势垒紫外光检测器在暗态和紫外光照下的电流- 电压曲线特征进行研究，目的是弄清楚器件光照前后电荷传输性质，并得出肖特基势 垒部分信息。并比较光照前后电荷输运性质不同之处，分析光照前后势垒结构有何变 化以及界面氧脱附和光生空穴陷于界面引起势垒结构变化的特征规律。然后对器件在 紫外光源关闭后的电流随时间变化曲线进行研究，目的是弄清楚光电流弛豫规律，并 结合光照前后电流输运特征分析氧重新吸附到纳米线表面和光生空穴从界面陷阱中逃 脱引起的势垒结构变化在器件回复特性中的作用规律。 其次，对单根zno纳米线肖特基势垒电阻开关随机存储器的电流-电压扫描回线 的曲线特征进行研究，目的是弄清楚器件在电阻状态变化前后电荷传输规律。比较阻 态变化前后输运特征异同，得到势垒结构变化信息。研究不同幅度的脉冲电压对器件 开过程中阻态幅值变化特征，目的是研究反向偏置肖特基势垒结附近氧空位移动引起 的势垒结构变化规律，研究不同脉冲时间对关过程中阻态幅值变化关系，目的是研究 正向偏置下肖特基势垒结附近氧空位移动引起的肖特基势垒结构变化规律。 根据以上研究思路和目的，将论文内容安排如下： 在第2章中，介绍zno纳米线的合成方法介绍和结构表征，及采用在位电场组装 方法构筑得到zno纳米线肖特基势垒紫外光检测器和zno纳米线肖特基势垒阻变存 储器。 在第3章中， 我们通过zno纳米线肖特基势垒光电探测器在光照前后和在脉冲光 照下的电流-电压曲线特征和光电流变化下降特征，研究其光电流机制和回复过程，指 出光电流的遂穿机制是纳米线肖特基势垒光电探测器具有短恢复时间的根本原因。研 究zno纳米线表面吸附o2对势垒高度的控制作用， 利用紫外光照对o2吸附对势垒高 度有效调控，并对提高紫外光检测器的内部光电导增益，光开关比等关键性能参数进 行研究，在此基础上发展一种具有快速回复时间和高灵敏度的紫外检测器。 zno 纳米线肖特基势垒紫外光检测和电阻开关随机存储的研究 12 在第4章中，我们通过zno纳米线电阻开关的电流-电压回线特征来研究其在电 阻状态变化前后的电流输运特征，研究电流变化机制。通过相同脉冲时间下不同幅值 脉冲电压对开关前后电阻变化来研究反向偏置肖特基势垒结内电场大小对开过程的影 响，揭示氧空位移动与所需脉冲电压的关系。通过同一脉冲电压下不同脉冲时间对正 向偏置肖特基势垒电场结内电场大小以及对关过程的影响，揭示氧空位移动与脉冲时 间的关系。然后通过对高低阻态随时间变化时间的特征，研究电阻开关保持性能。并 在此基础上提出了基于界面氧空位浓度对肖特基势垒调控的纳米线电阻开关存储机制 模型。 第 1 章 绪论 13 参考文献 1 briseno a. l., holcombe t. w., boukai a. i. et al. oligo- and polythiophene/zno hybrid nanowire 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