低温下单根ZnO纳米带电学性质的研究

李铭杰; 高红; 李江禄; 温静; 李凯; 张伟光

doi:10.7498/aps.62.187302

摘要

用化学气相沉积法在硅衬底上合成了宽1 μm左右、长数十微米的ZnO纳米带. 采用微栅模板法得到单根ZnO纳米带半导体器件, 由I-V特性曲线测得室温下ZnO纳米带电阻约3 MΩ, 电阻率约0.4 Ω·cm. 研究了在20–280 K温度范围内单根ZnO纳米带电阻随温度的变化. 结果表明: 在不同温度区间内电阻随温度变化趋势明显不同, 存在两种不同的输运机制. 在130–280 K较高的温度范围内, 单根ZnO纳米带电子输运机制符合热激活输运机制, 随着温度继续降低(< 130 K), 近邻跳跃传导为主导输运机制.

关键词:

ZnO /
纳米带 /
低温 /
输运机制

Abstract

ZnO nanobelts are synthesized using chemical vapors deposition method on silica substrate. The average width of the nanobelts is ～1 μm and the length is dozens of micron. Single ZnO nanobelt device is assembled using the micro-grid template method. The current-voltage characteristics are linear and the resistance and resistivity of the ZnO nanobelt are calculated to be ～3 MΩ and ～0.4 Ω·cm at room temperature, respectively. It is found that there are two different conduction mechanisms through the single ZnO nanobelt, according to the temperature dependence of the resistance of the single ZnO nanobelt at 20-280 K. In the higher temperature range (130-280 K) the thermally activated conduction is dominant. However, as the temperature comes down (<130 K), the nearest-neighbor hopping conduction mechanism instead of the thermally activated conduction turns into the dominant conduction mechanism through the single ZnO nanobelt.

Keywords:

作者及机构信息

1.
哈尔滨师范大学物理与电子工程学院, 光电带隙材料省部共建教育部重点实验室, 哈尔滨 150025

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11074060,51172058)和黑龙江省教育厅科学技术研究重点项目(批准号:12521z012)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Department of Physics, School of Physics and Electronic Engineering, Harbin Normal University, Ministry of Education Key Laboratory for Photoelectric Bandgap Materials, Harbin 150025, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11074060, 51172058), and the Heilongjiang Provincial Department of Education Science and Technology Research Key Projects, China (Grant No. 12521z012).

参考文献

[1]	Verma V P, Jeon H, Wang S H, Jeon M, Choi W 2008 IEEE Trans. Nanotechno. 7 782
[2]	Song S, Hong K H, Kwon S S, Lee T 2008 Appl. Phys. Lett. 92 263109
[3]	Fu X J, Zhang H Y, Guo C X, Xu J B, Li M 2009 J. Semicond. 30 084002
[4]	Lauhon L J, Gudiksen M S, Wang D, Lieber C M 2002 Nature 420 57
[5]	Lien C C, Wu C Y, Li Z Q, Lin J J 2011 J. Appl. Phys. 110 063706
[6]	Serin T, Yildiz A, Uzun S, Çam E, Serin N 2011 Phys. Scr. 84 065703
[7]	Kumar R, Khare N 2008 Thin Solid Films 516 1302
[8]	Sharma N, Granville S, Kashyap S C, Ansermet J P 2010 Phys. Rev. B 82 125211
[9]	Majumdar S, Banerji P 2010 J. Appl. Phys. 107 063702
[10]	Jiang W, Gao H, Xu L L, Ma J N, Zhang E, Wei P, Lin J Q 2011 Chin. Phys. B 20 3
[11]	Yuan Z, Gao H, Xu L L, Chen T T, Lang Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 057201 (in Chinese) [袁泽, 高红, 徐玲玲, 陈婷婷, 郎颖 2012 61 057201]
[12]	Zhou J, Gu Y D, Hu Y F, Mai W J, Ping H Y, Bao G, Sood A K, Polla D L, Wang Z L 2009 Appl. Phys. Lett. 94 191103
[13]	Wan Q, Huang J, Lu A X, Wang T H 2008 Appl. Phys. Lett. 93 103109
[14]	Zhang X T, Xiao Z Y, Zhang W L, Gao H, Wang Y X, Liu Y C, Zhang J Y, Xu W 2003 Acta Phys. Sin. 52 740 (in Chinese) [张喜田, 肖芝燕, 张伟力, 高红, 王玉玺, 刘益春, 张吉英, 许武 2003 52 740]
[15]	Lin B X, Fu Z X, Jia Y B, Liao G H 2001 Acta Phys. Sin. 50 2208 (in Chinese) [林碧霞, 傅竹西, 贾云波, 廖桂红 2001 50 2208]
[16]	Lin Y F, Jian W B, Wang C P, Suen Y W, Wu Z Y, Chen F R, Kai J J, Lin J J 2007 Appl. Phys. Lett. 90 223117
[17]	Zhang S B, Wei S H, Zunger A 2001 Phys. Rev. B 63 075205
[18]	Heo Y W, Tien L C, Norton D P, Kang B S, Ren F, Gila B P, Pearton S J 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2002
[19]	Chiu S P, LinY H, Lin J J 2009 Nanotechnology 20 015203
[20]	Tsai L T, Chiu S P, Lu J G, Lin J J 2010 Nanotechnology 21 145202

施引文献

[1]	Verma V P, Jeon H, Wang S H, Jeon M, Choi W 2008 IEEE Trans. Nanotechno. 7 782
[2]	Song S, Hong K H, Kwon S S, Lee T 2008 Appl. Phys. Lett. 92 263109
[3]	Fu X J, Zhang H Y, Guo C X, Xu J B, Li M 2009 J. Semicond. 30 084002
[4]	Lauhon L J, Gudiksen M S, Wang D, Lieber C M 2002 Nature 420 57
[5]	Lien C C, Wu C Y, Li Z Q, Lin J J 2011 J. Appl. Phys. 110 063706
[6]	Serin T, Yildiz A, Uzun S, Çam E, Serin N 2011 Phys. Scr. 84 065703
[7]	Kumar R, Khare N 2008 Thin Solid Films 516 1302
[8]	Sharma N, Granville S, Kashyap S C, Ansermet J P 2010 Phys. Rev. B 82 125211
[9]	Majumdar S, Banerji P 2010 J. Appl. Phys. 107 063702
[10]	Jiang W, Gao H, Xu L L, Ma J N, Zhang E, Wei P, Lin J Q 2011 Chin. Phys. B 20 3
[11]	Yuan Z, Gao H, Xu L L, Chen T T, Lang Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 057201 (in Chinese) [袁泽, 高红, 徐玲玲, 陈婷婷, 郎颖 2012 61 057201]
[12]	Zhou J, Gu Y D, Hu Y F, Mai W J, Ping H Y, Bao G, Sood A K, Polla D L, Wang Z L 2009 Appl. Phys. Lett. 94 191103
[13]	Wan Q, Huang J, Lu A X, Wang T H 2008 Appl. Phys. Lett. 93 103109
[14]	Zhang X T, Xiao Z Y, Zhang W L, Gao H, Wang Y X, Liu Y C, Zhang J Y, Xu W 2003 Acta Phys. Sin. 52 740 (in Chinese) [张喜田, 肖芝燕, 张伟力, 高红, 王玉玺, 刘益春, 张吉英, 许武 2003 52 740]
[15]	Lin B X, Fu Z X, Jia Y B, Liao G H 2001 Acta Phys. Sin. 50 2208 (in Chinese) [林碧霞, 傅竹西, 贾云波, 廖桂红 2001 50 2208]
[16]	Lin Y F, Jian W B, Wang C P, Suen Y W, Wu Z Y, Chen F R, Kai J J, Lin J J 2007 Appl. Phys. Lett. 90 223117
[17]	Zhang S B, Wei S H, Zunger A 2001 Phys. Rev. B 63 075205
[18]	Heo Y W, Tien L C, Norton D P, Kang B S, Ren F, Gila B P, Pearton S J 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2002
[19]	Chiu S P, LinY H, Lin J J 2009 Nanotechnology 20 015203
[20]	Tsai L T, Chiu S P, Lu J G, Lin J J 2010 Nanotechnology 21 145202

[1]	朱慧群, 李毅, 叶伟杰, 李春波. 花状掺杂W-VO2/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究. , 2014, 63(23): 238101. doi: 10.7498/aps.63.238101
[2]	唐欣月, 高红, 潘思明, 孙鉴波, 姚秀伟, 张喜田. 单根In掺杂ZnO纳米带场效应管的电学性质. , 2014, 63(19): 197302. doi: 10.7498/aps.63.197302
[3]	吴子华, 谢华清, 曾庆峰. Ag-ZnO纳米复合热电材料的制备及其性能研究. , 2013, 62(9): 097301. doi: 10.7498/aps.62.097301
[4]	秦杰明, 田立飞, 赵东旭, 蒋大勇, 曹建明, 丁梦, 郭振. 一维氧化锌纳米结构生长及器件制备研究进展. , 2011, 60(10): 107307. doi: 10.7498/aps.60.107307
[5]	祁宁, 王元为, 王栋, 王丹丹, 陈志权. Co掺杂纳米ZnO微结构的正电子湮没研究. , 2011, 60(10): 107805. doi: 10.7498/aps.60.107805
[6]	朱慧群, 李毅, 周晟, 黄毅泽, 佟国香, 孙若曦, 张宇明, 郑秋心, 李榴, 沈雨剪, 方宝英. 纳米VO2/ZnO复合薄膜的热致变色特性研究. , 2011, 60(9): 098104. doi: 10.7498/aps.60.098104
[7]	潘峰, 丁斌峰, 法涛, 成枫锋, 周生强, 姚淑德. Fe离子注入ZnO生成超顺磁纳米颗粒. , 2011, 60(10): 108501. doi: 10.7498/aps.60.108501
[8]	张富春, 张威虎, 董军堂, 张志勇. Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性. , 2011, 60(12): 127503. doi: 10.7498/aps.60.127503
[9]	邵铮铮, 王晓峰, 张学骜, 常胜利. 原子力显微技术研究ZnO纳米棒的压电放电特性. , 2010, 59(1): 550-554. doi: 10.7498/aps.59.550
[10]	羊新胜, 赵勇. 铁磁性锰氧化物掺杂的ZnO压敏电阻性能研究. , 2008, 57(5): 3188-3192. doi: 10.7498/aps.57.3188
[11]	段满益, 徐明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军. 碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质. , 2008, 57(10): 6520-6525. doi: 10.7498/aps.57.6520
[12]	黄金华, 张琨, 潘楠, 高志伟, 王晓平. 表面修饰ZnO纳米线紫外光响应的增强效应. , 2008, 57(12): 7855-7859. doi: 10.7498/aps.57.7855
[13]	常艳玲, 张琦锋, 孙晖, 吴锦雷. ZnO纳米线双绝缘层结构电致发光器件制备及特性研究. , 2007, 56(4): 2399-2404. doi: 10.7498/aps.56.2399
[14]	李晖, 谢二庆, 张洪亮, 潘孝军, 张永哲. 火焰喷雾法合成ZnO和MgxZn1－xO纳米颗粒的光学性能研究. , 2007, 56(6): 3584-3588. doi: 10.7498/aps.56.3584
[15]	陈志权, 河裾厚男. He离子注入ZnO中缺陷形成的慢正电子束研究. , 2006, 55(8): 4353-4357. doi: 10.7498/aps.55.4353
[16]	李勇, 孙成伟, 刘志文, 张庆瑜. 磁控溅射ZnO薄膜生长的等离子体发射光谱研究. , 2006, 55(8): 4232-4237. doi: 10.7498/aps.55.4232
[17]	刘学超, 施尔畏, 宋力昕, 张华伟, 陈之战. 固相反应法制备Co掺杂ZnO的磁性和光学性能研究. , 2006, 55(5): 2557-2561. doi: 10.7498/aps.55.2557
[18]	袁洪涛, 张　跃, 谷景华. 原位生长高度定向ZnO晶须. , 2004, 53(2): 646-650. doi: 10.7498/aps.53.646
[19]	杨秀健, 施朝淑, 许小亮. 纳米ZnO和ZnO∶Eu3+的表面效应及发光特性. , 2002, 51(12): 2871-2874. doi: 10.7498/aps.51.2871
[20]	郭宝增. 用全带Monte Carlo方法模拟纤锌矿相GaN和ZnO材料的电子输运特性. , 2002, 51(10): 2344-2348. doi: 10.7498/aps.51.2344

计量

文章访问数: 6239
PDF下载量: 536
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板