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摘要：基于半导体纳米线的光电子器件,因其构造基元、制备、结构、功能的独特性,吸引了广泛的关注。光电探测器、太阳能电池、发光二极管、激光器等原型器件被陆续研制。纳米线基元的生长及其衍生“自上而下”和“自底而上”结合的器件制备,突破传统工艺的限制,拓展微纳器件的实现途径；新颖的器件结构及其包含特点物理尺寸,如亚波长尺寸的纳米线直径,展现许多新效应和新功能。纳米线和半导体光电子学两个领域的前沿交叉,具有重要的探讨价值。进一步地进展纳米线光电子器件,仍需要关注几个关键不足：生长满足光电子运用需要的纳米线：设计有益于实现优异性能的器件结构；开发具有可控性和兼容性的器件制备策略；探讨器件中特殊的电学、光学性质,推动新型的纳米光电子运用。本论文在调研半导体纳米线光电子器件探讨进展的基础上,以ZnO纳米线运用于光电探测为例,进行纳米线无催化剂气相生长、纳米线侧面电极制备、光电探测器、界面电学输运、金属-纳米线腔光学特性等一系列的探讨。提出了一种制备纳米线侧面电极的普适策略,实现有利于电注入/抽取的大接触面积和短输运距离,并兼容制备不同尺寸纳米线。该策略涉及纳米线的转移、翻转操控,和制备电极间绝缘层的阳极氧化铝工艺。金属电极得以分次地直接蒸镀在纳米线的两个相对的侧面,绝缘层的形成具有选择性和可控性,自主匹配纳米线结构,避开严苛的工艺要求。我们特别探讨了氧化铝绝缘层,高场模型下离了子定向迁移相关的电化学历程促使其结构自匹配,良好的漏电和击穿性能满足器件加载偏置电压的需要。实现了基于侧面电极的纳米线Schottky和MIS结型紫外光电探测器,探讨了不同界面输运下的光响应特性,具有高开关比情况下,MIS探测器获得稳定的响应电流和更快的响应速度。Schottky探测器由半透明的Au上电极形成功能结,获得大于6000的开关比、380nm左右的截止波长、零偏压响应。光照时纳米线界面态相关的势垒下降增强了界面输运,是其光响应的主要机制。针对纳米线离散结构和瞬时界面态导致的界面电学输运严重随机涨落的不足,提出在界面插入超薄Ab03介质层构造MIS探测器。介质层的直接隧穿和Fowler-Nordheim隧穿,克服界面态产生的不利因素,改善性能的稳定性。探讨了基于金属-纳米线腔结构光电探测器的光偏振增强响应特性,偏振响应提升50%,并运用有限时域差分策略(FDTD)浅析了器件结构的光学共振特性。所构造的探测器中纳米线呈一定取向排列,光响应随入射光偏振态方向变化,当偏振方向与纳米线轴向平行(垂直)时,响应电流最大(最小)。FDTD浅析的光吸收结果显示腔中的增强光吸收源自横电激励(TE)在金属界面发射形成的Fabry-Perot振荡和横磁激励(TM)激发的表面等离子振荡。我们浅析了不同波长、直径尺寸结构中的场分布和Poynting能流分布,证实了探测器偏振响应性能与金属-纳米线腔光学共振的联系。关键词：半导体纳米线论文光电探测器论文电极制备论文界面输运论文光学共振论文
摘要4-6
Abstract6-11
第一章 绪论11-30
1.1 引言11-13
1.2 半导体纳米线光电子器件13-24
1.2.1 “自上而下”和“自底而上”器件制备13-14
1.2.2 器件基本结构14-17
1.2.3 器件探讨进展17-24
1.3 本论文探讨内容与结构安排24-25
3.3 绝缘性能49-513.4 本章小结51