研究目的
分析Si/ZnO异质结二极管在广泛温度范围（298K至573K）内的电学参数，以研究其在高温环境中的性能，包括探究电流传输机制和势垒不均匀性。
研究成果
通过溶胶-凝胶法和旋涂法制备的Si/ZnO异质结二极管在高达573 K的温度下表现出稳定的电学行为，修正后的理查德森常数（29.14 A·cm?2·K?2）在考虑势垒不均匀性后接近理论值。这表明其适用于高温电子和光电子应用，不过由于材料差异存在陷阱辅助隧穿和不均匀性。
研究不足
本研究仅限于溶胶-凝胶法生长的Si/ZnO异质结；其他制备方法可能产生不同结果。分析基于特定模型（如高斯分布），可能无法涵盖所有非均匀性。高温测量可能引入实验误差，且极端温度下的器件性能退化尚未充分探究。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用溶胶-凝胶旋涂法在p型硅衬底上沉积ZnO薄膜，随后使用半导体参数分析仪进行电学表征，测量不同温度下的I-V特性。理论模型包括热电子发射理论、陷阱辅助隧穿效应以及势垒高度不均匀性的高斯分布。
2：样品选择与数据来源：
使用p型Si(100)衬底，通过RCA方法清洗。ZnO溶胶由醋酸锌二水合物、乙二醇单甲醚和单乙醇胺制备，陈化24小时。
3：实验设备与材料清单：
设备包括磁力搅拌器、旋涂机、热处理炉、场发射扫描电子显微镜(CARL ZEISS)、能谱仪(OXFORD INSTRUMENTS)、原子力显微镜(Agilent 5500 SPM)、X射线衍射仪(Rigaku SmartLab)、射频磁控溅射系统和半导体参数分析仪。材料包括醋酸锌二水合物、乙二醇单甲醚、单乙醇胺、p型Si衬底、铝和钛。
4：实验步骤与操作流程：
制备ZnO溶胶并在p型Si上以2500转/分钟旋涂25秒，373K预加热，773K后加热1小时。通过射频溅射沉积欧姆接触(Al/Ti在ZnO上，Al在Si上)。在298K至573K范围内以±5V偏压进行I-V测量。
5：数据分析方法：
使用热电子发射方程从I-V曲线提取电学参数。统计分析包括理想因子和势垒高度的线性回归，以及势垒不均匀性的高斯分布拟合。
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Field Emission Scanning Electron Microscope
FESEM
CARL ZEISS
To study surface morphology of ZnO thin films
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Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
EDX
OXFORD INSTRUMENTS
To analyze chemical composition of ZnO thin films
-
Atomic Force Microscope
AFM
Agilent 5500 SPM
To measure surface roughness of ZnO thin films
-
X-ray Diffraction Spectrometer
XRD
Rigaku SmartLab
To study crystalline structure of ZnO thin films
-
RF Magnetron Sputtering System
To deposit ohmic contacts (Al/Ti and Al) on the heterostructure
-
Semiconductor Parameter Analyzer
To measure current-voltage characteristics of the diode
-
Spin Coater
To deposit ZnO sol on p-Si substrate
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Magnetic Stirrer
To stir the ZnO sol during preparation
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