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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 光電工程學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98092
標題: 氧化鋯與氧化鎵穿隧奈米結構載子傳輸分析
Carrier Transport Analyses of ZrOx/GaOx Tunneling Nanostructure
作者: 林柏宇
Bo-Yu Lin
指導教授: 彭隆瀚
Lung-Han Peng
關鍵字: 氧化鎵,氧化鋯,穿隧奈米結構,
gallium oxide,zirconium oxide,tunneling nanostructure device,
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 本研究製作以氧化鋯( ZrO₂)與氧化鎵(Ga₂O₃)為主體之穿隧奈米結構(Tunneling Nanostructure)元件,並於非對稱雙能障量子井結構(Double Barrier Quantum Well, DBQW)中,探討載子穿隧傳輸機制與電性特徵。採用垂直堆疊之多層結構,將氧化鋯、氧化鎵與氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)等薄膜組成主體,並以氧化鎵包覆側壁,以有效抑制側向漏電流並提升垂直導電特性。元件製程採用濕蝕刻技術,成功製作最小直徑為5 微米之元件,並於皮安培(pA)電流等級下觀察到階梯狀之穿隧電流特徵。
本研究展示準束縛態能階對齊條件下之穿隧行為;然而於陷阱密度較高之元件中,則觀察到其導電特性主要受到陷阱輔助穿隧(Trap-Assisted Tunneling, TAT)機制影響,與穿隧特性表現存在顯著差異。為深入探討傳輸行為,吾人應用熱發射(Thermionic Emission)理論評估材料介面間之能障高度,並以轉移矩陣法(Transfer Matrix Method, TMM)建立穿透係數模型,模擬其於不同電場條件下之變化,據以進行理論與實驗之對應分析與驗證。
This study presents a tunneling nanostructure device, primarily composed of zirconium oxide (ZrO₂) and gallium oxide (Ga₂O₃), and implemented in an asymmetric double barrier quantum well (DBQW) structure, to analyze carrier tunneling transport mechanisms and electrical characteristics. The device adopts a vertically stacked multilayer architecture comprising ZrO₂, Ga₂O₃, and indium tin oxide (ITO) thin films. Sidewalls passivation with Ga₂O₃ effectively suppresses lateral leakage currents and enhances vertical conduction. Utilizing wet etching techniques, devices with a minimum diameter of 5 μm were successfully fabricated, exhibiting step-like tunneling current features at the picoampere (pA) level.
The observed stepwise current behavior is attributed to tunneling under aligned quasi-bound state conditions. However, in devices with higher trap densities, conduction characteristics were predominantly governed by trap-assisted tunneling (TAT), deviating significantly from ideal tunneling behavior. To further elucidate the transport mechanisms, thermionic emission theory was employed to extract interfacial barrier heights, and a transmission coefficient model was developed using the transfer matrix method (TMM) to simulate field-dependent variations. Theoretical analyses were correlated with experimental results for comprehensive validation.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98092
DOI: 10.6342/NTU202501910
全文授權: 同意授權(全球公開)
電子全文公開日期: 2025-07-25
顯示於系所單位:光電工程學研究所

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