Transport elektrického náboje v sítích nanodrátů ZnO

Abstract

Táto práca sa zaoberá metódami a problémami súvisiacimi s prípravou elektrických kontaktov na jednotlivých polovodičových nanoštruktúrach so zameraním na litografické metódy a metódy založené na nanomanipulátoroch. Teoretická časť práce sa zaoberá aj rastom ZnO nanodrôtov s vysokým aspect ratio pomocou rastu z chemického roztoku (CBD), sieťami ZnO nanodrôtov a ich použitím v senzoroch plynov. Experimentálna časť pozostávala z optimalizácie rastových parametrov na dosiahnutie vhodnej geometrie nanodrôtov pre ich elektrickú charakterizáciu. Nanomanipulátory a elektrónovým zväzkom indukovaná lokálna depozícia (EBID) platiny boli použité na vytvorenie suspendovaných štruktúr s jednotlivými ZnO nanodrôtmi a štruktúr s dvoma nanodrôtmi v kontakte, čo umožnilo meranie ich elektrických vlastností. Pokúsili sme sa aj o prípravu litografických kontaktov k jednotlivým nanoštruktúram. Režim prenosu náboja v jednotlivých nanodrôtoch sa riadi modelom ohmickej vodivosti s prechodom na vodivosť limitovanú priestorovým nábojom (Space Charge Limited Conduction), na základe ktorého sme určili koncentráciu a pohyblivosť nosičov náboja v jednotlivých ZnO nanodrôtoch. V prípade NW-NW kontaktov sme na analýzu nameraných I-V charakteristík použili model potenciálovej bariéry na rozhraní kryštalitov. Vodivosť NW-NW kontaktov sa výrazne zvýšila po ožiarení elektrónovým zväzkom, čo bolo spôsobené desorpciou adsorbovaných iónov kyslíka z povrchu nanodrôtov.

This thesis discusses the methods and issues related to the preparation of electrical contacts on single semiconductor nanostructures, focusing on lithographic and nanoprobe-based methods. The theoretical part also discusses the growth of high aspect ratio ZnO nanowires by chemical bath deposition (CBD), ZnO nanowire networks and their application in gas sensors. The experimental part consisted of optimizing the growth parameters to achieve a suitable nanowire geometry for electrical characterization. Nanoprobe-based techniques, including local electron beam induced deposition (EBID) of platinum, were used to form suspended single NWs and NW-NW junction structures, allowing measurement of their electrical properties. An attempt was also made to fabricate lithographic contacts to single nanostructures. The charge transport regime in single nanowires was found to follow an ohmic to space charge limited current (SCLC) model, from which carrier concentration and mobility were estimated. In the case of NW-NW junctions, the application of a grain boundary potential barrier model was used to analyze the measured I-V characteristics. In particular, the conductivity of NW-NW junctions was enhanced after electron beam irradiation, which was explained in terms of surface desorption of adsorbed oxygen species at the junction interface.