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西安交大科研人员在压电光电子学效应研究方面取得新进展

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来源:猎学网2018-05-31 09:30:20

ZnO薄膜晶体管(TFT)因其具有较高的载流子迁移率、光学透明度、化学稳定性以及易于合成等特点而备受关注。由于ZnO材料的禁带宽度为3.37 eV并且其在室温下具有高达60 meV的激子束缚能,ZnO TFT也能够用来作为检测紫外光的光电晶体管器件。然而,目前ZnO TFT的性能调控主要依赖于复杂的制备工艺流程控制,大大提升了制造成本,且降低了其与其他电子器件的可集成性。

ZnO是一种同时具有半导体特性和压电特性的材料,通过利用其受到外加应变时在半导体器件界面处所产生的压电极化电荷,能够对半导体(光电)器件界面处(光生)载流子的产生、分离、输运以及复合等过程进行调控,从而有效地实现对半导体(光电)器件性能的有效调制,这些现象被称为压电电子学与压电光电子学效应。而基于压电电子学与压电光电子学效应,可以实现对ZnO TFT性能的有效调控。

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近日,在西安交通大学电信学院微电子学院贺永宁教授和彭文博博士的指导下,博士生潘子健和李芳沛等研究成员通过改变制备工艺以及引入紫外光照等方法调节了ZnO TFT中ZnO薄膜的载流子浓度,首次在ZnO TFT中系统地研究了不同载流子浓度条件下的压电电子学与压电光电子学效应。研究结果表明,当载流子浓度适中(1016至1017cm-3)时,ZnO TFT的载流子迁移率及其紫外光响应特性能够通过引入压电电子学与压电光电子学效应获得显著增强;然而当载流子浓度很低(小于1015cm-3)或很大(大于1018cm-3)时,压电电子学与压电光电子学效应则基本不起作用。这主要归因于ZnO材料中压电特性与半导体特性的竞争以及其内部载流子存在所导致的屏蔽效应。这项研究成果不仅揭示了ZnO TFT中载流子浓度对压电电子学与压电光电子学效应影响的底层物理机制,也为ZnO TFT性能的有效调控提供了一种全新的思路。

该研究成果以“Carrier Concentration-Dependent Piezotronic and Piezo-Phototronic Effects in ZnO Thin-Film Transistor”为题,发表在纳米能源与材料领域顶级期刊 Nano Energy(IF=12.343)上。西安交大学电信学院微电子学院为该论文唯一单位。

该工作得到了国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上项目等经费的支持。

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