我們利用氧化鋅錫與金奈米線上下交疊的方式成功製作交叉奈米線元件,因交 叉奈米線相交之接觸面積小會影響到元件電性,所以需先探討交叉奈米線元件的電 性,發現氧化鋅錫奈米線與蕭特基接觸之電性有顯著不同,本質氧化鋅錫奈米線的 I-V曲線呈線性且對稱,則蕭特基的I-V曲線呈非線性與有整流特性,並且在零點電 壓附近有較大電阻,此是因接點電阻的存在,同時兩者I-V特性具有重複性。為了 進一步了解氧化鋅錫奈米線與蕭特基接觸之電子傳輸行為,接者利用探針系統進行 300 K~80 K間的變溫量測,由溫度對電阻的變化可清楚了解金半接面的傳輸行為,
根據變程跳躍與熱離子放射理論來分析,證明本質氧化鋅錫奈米線符合三維變程跳 躍理論,並不是以熱離子放射來傳輸,從3D VRH導電率公式擬合出T 約六次方數 量級,進而算出溫度100 K時的平均跳躍能量為30.2 meV,而蕭特基接觸之電性在 高溫時符合熱離子放射理論,發現位障高度會隨者外加電壓增加而降低,此是因蕭 特基效應所造成的,推算出理想位障高度與施體摻雜濃度,分別約61 mV與
10 cm ,則在低溫時,發現電流會偏離在高溫時所擬合的直線,電流有上升的 趨勢,所以在低溫下電子是以穿隧電流為主導,最後由理想因子證明元件中的蕭特 基接觸是一理想的蕭特基二極體。
了解元件基本電性後,接者要探討閘極電壓對元件的影響,先判斷元件是否具 有良好的電晶體特性,外加上閘極電壓時,V − I 特性會隨著上閘極電壓的改變 而有明顯不同,在 V > 0 V時,I-V曲線呈現出 n 通道空乏模式,而外加背閘極電 壓時,背閘極對元件並沒有很大的開關電流比,但可知氧化鋅錫奈米線具有 n 型摻 雜,同時由閘極效應推算兩者電晶體特性參數,加以比較,發現上閘極反應效果好,
此外,為了將交叉奈米線元件開發成邏輯元件,我們試著同時調變上背閘極電壓,
觀察元件之電性變化,發現上背閘極輸入兩個不同電壓會有三種不同輸出狀態,此 元件具有邏輯中的三態緩衝器特性,將輸出狀態定義為邏輯中的0、1,與Z符號。
因此製作具有高效能的邏輯元件,必須改善閘極效應中的開關電流比,元件才有更
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好的開關特性,交叉奈米線元件是一個具有潛力開發的邏輯元件。
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參考文獻
[1] 魏拯華、李敏鴻、劉致為,奈米電子學,國立台灣大學出版中心(2006) [2] 科學人, Philip J. Kuekus et al.,52 (2006.01)
[3] Wei Lu and CharLes M. Lieber,Nature, 6 , 841-850 (2007) [4] François Léonard and A. Alec Talin,Nature, 6 ,773-783 (2011) [5] Fu-Hsuan Chu,Chun-Wei Huang, et al. ,Nanoscale ,4 , 1471 (2012) [6] Jun Yao, Hao Yan1 and Charles M. Lieber,Nature, 8 , 329-335 (2013) [7] Yi Cui,Charles M. Lieber ,Science, 291 , 851-853 (2001)
[8] Yi Cui, Zhaohui Zhong, Deli Wang, et al.,Nano Lett., 3 , 149-152 (2003)
[9] Pai-Chun Chang, Zhiyong Fan, and Chung-Jen Chien,Applied physics Lett., 89 ,133113 (2006)
[10] Ren-Min Ma,Lun Dai,Hai-Bin Huo,Wan-Jin Xu,and G. G. Qin,Nano Lett., 7 , 3300-3304 (2007)
[11] R. M. Ma, L. Dai,a C. Liu, W. J. Xu, and G. G. Qinb,Applied physics Lett., 93 , 0053105 (2008)
[12] Sachindra Nath Das, Ji-Huck Choi, et al., Applied physics Lett. ,96(2010)092111 [13] Yu Huang, Xiangfeng Duan, Yi Cui,Lincoln J. Lauhon,Kyoung-Ha Kim,Charles M. Lieber, Science, 294 , 1313-1316 (2001)
[14] Hao Yan, et al.,Nature , 470 , 240-244 (2011)
[15] Yen-Fu Lin and Wen-Bin Jian,Nano Lett. , 8 , 3146-3150 (2008)
[16] Franc¸ois Le´onard, A. Alec Talin, B. S. Swartzentruber,and S. T. Picraux, Phys.
Rev. Lett.,102, 106805 (2009)
[17] Abdullah Yildiz, Necmi Serin, Tu¨lay Serin,and Mehmet Kasap, Applied Physics Lett.,48, 111203 (2009)
[18] 閣守勝編著,倪澤恩校定, 固態物理導論,五南出版社 (2006)
52
[19] Ralph Rosenbaum,Phys. Rev. B ,44, 3599 (1991)
[20] 邱奕正,氧化鋅奈米線電子元件之奈米接點電性研究,國立交通大學電子物 理研究所碩士論文 (2008)
[21] X. Shen,J. Shen,et al. , Applied Physics Lett. ,106, 113523 (2009)
[22] Sung Kyu Park, Yong-Hoon Kim, Hyun-Soo Kim, and Jeong-In Hanz, High, Electrochemical and Solid-State Letters, 12 (7) ,H256-H258 ( 2009)
[23] T. J. Coutts, D. L. Young, X. Li, W. P. Mulligan, and X. Wu , J. Vac. Sci.
Technol. A 18, 2646 (2000)
[24] Y.-J. Chang,D.-H. Lee,G. S. Herman,and C.-H. Changa, Electrochemical and Solid-State Letters, 10 (5), H135-H138 (2007)
[25] Yanjun Zhang, Jianjun Wang, Hongfei Zhu, Hui Li, Li Jiang, Chunying Shu, Wenping Hua and Chunru Wang, J. Mater. Chem. , 20 , 9858–9860(2010)
[26] A.G. Zabrodskii and K.N. Zinoveva,Sov. Phys. JETP,59,425(1984)
[27] 林彥甫,半導體奈米結構電性傳輸與奈米元件接點電阻之研究,國立交通大學 電子物理研究所博士論文(2010)
[28] L. S. Yu, Q. Z. Liu, Q. J. Xing, D. J. Qiao, S. S. Lau et al.,J. Appl. Phys., 84,2099 (1998)