n型氧化锌纳米棒/p型金刚石异质结负阻特性研究#桑丹丹1,2，成绍恒1，王启亮1，裴晓强1,3，刘钧松1，李红东1**510152025303540（1.吉林大学超硬材料国家重点实验室，长春130012；2.徐州工程学院数学与物理科学学院，江苏徐州221008；3.兰州空间技术物理研究所，兰州730000）摘要：本文利用热蒸发法，在硼掺杂化学气相沉积（CVD）多晶金刚石膜上生长ZnO纳米棒，制备出n型ZnO纳米棒/p型金刚石异质结结构。当金刚石为轻掺杂时，n型ZnO纳米棒/p型金刚石异质结具有整流特性；而金刚石重掺杂到简并态时，n型ZnO纳米棒/p型金刚石异质结出现微分负阻现象。研究表明微分负阻现象是由异质结的隧穿电流引起的。关键词：ZnO纳米棒；硼掺杂CVD金刚石；n型ZnO纳米棒/p型金刚石异质结；微分负阻中图分类号：O484.3Negativedifferentialresistanceofn-ZnOnanorod/p-diamondheterojunctionSangDandan1,2,ChengShaoheng1,WangQiliang1,PeiXiaoqiang1,3,LiuJunsong1,LiHongdong1(1.StateKeyLaboratoryofSuperhardMaterials,JilinUniversity,ChangChun130012;2.MathematicsandPhysicalSciencesTechnology,XuzhouInstituteofTechnology,JiangSuXuZhou221008;3.LanzhouInstituteofPhysics,LanZhou730000)Abstract:Bythermalvaportransportmethod,ZnOnanorods(NRs)weregrownonboron-dopedchemicalvapordeposited(CVD)polycrystallinediamondfilms.Then-ZnONR/p-diamondheterojunctionsareconstructedandshowtypicalrectifyingcurrent-voltagebehaviorforlightlyboron-dopeddiamond.Whenthep-typediamondisdegeneratedwithheavilyborondoping，anegativedifferentialresistance(NDR)phenomenonispresentedfortheheterojunctions.TheoriginoftheNDRisattributedtothetunnelingcurrentoccurredinthehybridstructure.Keywords:ZnOnanorods;B-dopedCVDdiamond;n-ZnOnanorods/p-diamondheterojunction;negativedifferentialresistancephenomenon0引言氧化锌(ZnO）具有带隙宽(3.37eV)及激子束缚能大(60meV)等优异性能，是重要的半导体材料之一，广泛应用于紫外探测、激光器和生物传感器等领域。非故意掺杂ZnO多呈n型半导体导电，高质量的p型ZnO目前较难实现，因此，基于ZnO的异质结光电器件的制作多是n型ZnO纳米结构或者薄膜在其它p型衬底生长，这些p型衬底包括Si[1]，GaN[2]，和金刚石(Diamond)[3,4]等。金刚石是一种十分重要的宽带隙(5.45eV)半导体材料，具有已知材料中室温热导率最高(20W/cm⋅K)，激子的束缚能大(80meV)，电子亲和势小，空穴迁移率高，化学稳定性好，并且通过硼掺杂可以获得满足半导体pn结应用的p型金刚石等优异性质，所以金刚石可应用于紫外发光二极管、深紫外光探测器、冷阴极场电子发射、红外及微波窗口等领域[5]，特别适用于高温、辐射、腐蚀等极端条件环境中。ZnO和金刚石这两种半导体材料的结合，对于研制紫外、高温及耐恶劣环境的先进光电器件具有十分重要基金项目：教育部博士点基金（20100061110083）；国家自然科学基金（51072066）作者简介：桑丹丹，（1985-），女，讲师，半导体物理器件。通信联系人：李红东，（1969-），男，教授，薄膜及纳米材料和物理。hdli@jlu.edu.cn-1-的研究价值。现有的研究中，ZnO一般以薄膜形式生长在多晶金刚石膜上制作表面声学波器件[6]和n型ZnO/p型金刚石（n-ZnO/p-diamond）异质结[3]，而金刚石上生长ZnO纳米结455055606570构的制备和性质研究较少[4,7-9]。本文中，我们制作了n型ZnO纳米棒/p型金刚石（n-ZnONRs/p-diamond）的异质结结构，并研究p型金刚石的硼掺杂对异质结电学伏安特性的影响，当p型金刚石为轻掺杂时，异质结表现为整流特性；当金刚石为重掺杂简并态时，n-ZnONRs/p-diamond异质结出现微分负阻现象。1实验过程1.1样品制备利用石英管式微波等离子体化学气相沉积（CVD）法在本征Si衬底上制备硼掺杂金刚石薄膜，反应气体为甲烷（CH4）、氢气（H2）和乙硼烷（B2H6），通过控制H2稀释的B2H6气体流量，分别制备流量为1sccm轻硼掺杂和10sccm的重硼掺杂CVD金刚石膜。采用热蒸发法在高温管式电阻炉中制备n型ZnO纳米棒，以质量比为1:1的ZnO粉末...