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基于超高速光导开关的纳米级MIM结构串联现象的研究

作　者: 何博涛
导　师: 刘庆纲
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 超高速光导开关 AFM阳极氧化纳米氧化钛线 MIM隧道结
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 37次
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内容摘要

光导开关因其机械结构简单、响应速度快、触发稳定、灵敏度高、实现了光电隔离等诸多优点而在高功率超宽带脉冲产生领域和超快电子学等众多领域中有着极其广阔的应用前景。本文基于超高速光导开关的加工,利用原子力显微镜针尖诱导阳极氧化加工超薄钛膜形成氧化钛线,从而实现了新型超高速光导开关的加工制作,围绕超高速光导开关的纳米氧化钛线的加工,文中对钛-氧化钛-钛形式的金属-绝缘体-金属隧道结现象进行了分析研究。主要研究内容如下:1.进行了光导开关的理论研究,包括基本原理介绍、工作模式分析以及理论模型的研究和计算。开展了衬底材料选择和光导开关结构设计,并分析了超高速光导开关的实现方案。2.设计了光导开关基本结构的加工制作流程。结合光刻工艺、直流磁控溅射技术和AFM阳极氧化加工等方法在砷化镓衬底上制作了超高速光导开关的原型器件,重点进行了AFM阳极氧化加工部分的研究探索。并对加工的光导开关进行了氧化加工前后的暗电流-电压特性测试对比研究,从而得出纳米氧化钛线的存在提高了超高速光导开关的绝缘耐压性。3.在最佳氧化加工条件(偏压8V、扫描速度0.1μm/s,相对湿度30%~50%)下进行了纳米氧化钛线的AFM阳极氧化加工的实验研究。研究了AFM阳极氧化加工机理,分析了现有AFM阳极氧化加工的理论模型。对磁控溅射的超薄钛膜进行了测试分析,其厚度、表面平整度和导电性均符合实验要求。在最佳加工条件下加工了6条纳米氧化钛线,进行了氧化钛线的高度和宽度的一致性和直线度的测量计算。4.研究了多条氧化钛线形成的MIM隧道结串联现象。分析了隧道结、隧穿现象以及隧道结的描述方法和I-V特性,并对其进行了推理分析。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 纳米科技及纳米器件  8-9
  1.3 光导开关的研究进展及应用  9-11
  1.4 纳米加工技术  11-14
  1.5 本文的主要研究工作  14-16
第二章超高速光导开关的理论研究及设计  16-33
  2.1 光导开关的理论研究  16-20
  2.2 超高速光导开关的衬底材料选择  20-21
  2.3 超高速光导开关的结构设计  21-24
  2.4 超高速光导开关输出特性的理论计算  24-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章超高速光导开关的加工与测试  33-46
  3.1 超高速光导开关的加工流程  33-40
  3.2 超高速光导开关的基本性能测试  40-43
  3.3 加工实验分析  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章纳米氧化钛线加工的研究  46-60
  4.1 AFM基本结构和工作原理  46-48
  4.2 AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型  48-52
  4.3 AFM针尖诱导阳极氧化加工的影响因素  52-54
  4.4 钛膜的测试分析  54-55
  4.5 氧化钛线的分析研究  55-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章光导开关MIM结构串联现象的研究  60-74
  5.1 引言  60
  5.2 隧穿理论  60-69
  5.3 超高速光导开关的 MIM 结构  69-72
  5.4 结论  72
  5.5 本章小结  72-74
第六章总结与展望  74-76
参考文献  76-80
发表论文和科研情况说明  80-81
致谢  81

基于超高速光导开关的纳米级MIM结构串联现象的研究

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