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氧化鋅（ZnO）是Ⅱ-Ⅵ族纖鋅礦結構的半導體材料；另外，其激子束縛能(60meV)比GaN(24meV)、ZnS(39meV)等材料高很多，如此高的激子束縛能使它在室溫下穩定，不易被激發(室溫下熱離化能為26meV)，降低了室溫下的激射閾值，提高了ZnO材料的激發效率。基于這些特點，ZnO材料既是一種寬禁帶半導體，又是一種具有優異光電性能和壓電性能的多功能晶體。它既適合制作高效率藍色、紫外發光和探測器等光電器件，還可用于制造氣敏器件、表面聲波器件、透明大功率電子器件、發光顯示和太陽能電池的窗口材料以及變阻器、壓電轉換器等。

日、美、韓等發達國家已投入巨資支持ZnO材料的研究與發展，掀起世界ZnO研究熱潮。據報道，日本已生長出直徑達2英寸的高質量ZnO單晶；我國有采用CVT法已生長出了直徑32mm和直徑45mm、4mm厚的ZnO單晶。材料技術的進步同時引導和推進器件技術的進步，日本研制出基于ZnO同質PN結的電致發光LED；我國也成功制備出國際首個同質ZnO－LED原型器件，實現了室溫下電注入發光。器件制備技術的進步，推動ZnO半導體材料實用化進程，由于其獨特的優勢，在國防建設和國民經濟上將有很重要的應用。

由于ZnO材料的禁帶寬度為3.37 eV并且其在室溫下具有高達60 meV的激子束縛能，ZnO TFT也能夠用來作為檢測紫外光的光電晶體管器件。然而，目前ZnO TFT的性能調控主要依賴于復雜的制備工藝流程控制，大大提升了制造成本，且降低了其與其他電子器件的可集成性。

ZnO是一種同時具有半導體特性和壓電特性的材料，通過利用其受到外加應變時在半導體器件界面處所產生的壓電極化電荷，能夠對半導體（光電）器件界面處（光生）載流子的產生、分離、輸運以及復合等過程進行調控，從而有效地實現對半導體（光電）器件性能的有效調制，這些現象被稱為壓電電子學與壓電光電子學效應。而基于壓電電子學與壓電光電子學效應，可以實現對ZnO TFT性能的有效調控。

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近日，在西安交通大學電信學院微電子學院賀永寧教授和彭文博博士的指導下，博士生潘子健和李芳沛等研究成員通過改變制備工藝以及引入紫外光照等方法調節了ZnO TFT中ZnO薄膜的載流子濃度，首次在ZnO TFT中系統地研究了不同載流子濃度條件下的壓電電子學與壓電光電子學效應。研究結果表明，當載流子濃度適中（10¹⁶至10¹⁷cm^-3）時，ZnO TFT的載流子遷移率及其紫外光響應特性能夠通過引入壓電電子學與壓電光電子學效應獲得顯著增強；然而當載流子濃度很低（小于10¹⁵cm^-3）或很大（大于10¹⁸cm^-3）時，壓電電子學與壓電光電子學效應則基本不起作用。這主要歸因于ZnO材料中壓電特性與半導體特性的競爭以及其內部載流子存在所導致的屏蔽效應。這項研究成果不僅揭示了ZnO TFT中載流子濃度對壓電電子學與壓電光電子學效應影響的底層物理機制，也為ZnO TFT性能的有效調控提供了一種全新的思路。

該研究成果以“Carrier Concentration-Dependent Piezotronic and Piezo-Phototronic Effects in ZnO Thin-Film Transistor”為題，發表在納米能源與材料領域頂級期刊 Nano Energy（IF=12.343）上。西安交大學電信學院微電子學院為該論文唯一單位。該工作還得到了國家自然科學基金青年項目、中國博士后科學基金面上項目等經費的支持。隨著薄膜制備工藝的不斷發展，ZnO薄膜的制備及其特性研究仍然是該領域研究的熱門之一，研究工作者也在尋求最優化薄膜生長條件和工藝，從而獲得更加有實際價值的薄膜，ZnO薄膜雖然有了幾十年的研究歷史，但是目前還有很廣的研究前景。

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518303185

文章來源：西安交通大學新聞網

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