氧化锌纳米线材料因其直接带隙和大的比表面积等特点,具有独特的光学性质和电学性质。近年来,氧化锌纳米线在众多领域中的应用被广泛研究,包括光电探测、气体传感、生物传感、突触模拟、存储和逻辑运算等,展现了优异的性质。基于氧化锌纳米线的晶体管因简单的器件结构和多样化的应用场景成为一种重要的器件类型。因此,进一步探索氧化锌纳米线晶体管器件在不同领域中的应用潜力并研究其深层的工作机理十分必要,这不仅有利于优化和提升器件性能,也能够为实现同一器件在多应用场景下的互通使用打下基础。基于此,本论文的研究采用聚合物驻极体材料提升氧化锌纳米线场效应晶体管的性能,研究器件的紫外光探测应用和模拟神经元突触的可塑性,具体内容如下:(1)氧化锌纳米线材料中存在大量缺陷诱导的本征载流子,导致光电探测器的暗电流过大,限制了器件的性能,比如器件开关态的电流比和比探测率等。本论文从器件结构设计出发,通过溶液法旋涂的方式将驻极体材料聚(2-乙烯基萘)(PVN)引入氧化锌纳米线与栅介质之间,制备出基于聚合物驻极体层的单根氧化锌纳米线晶体管器件。在施加较大正向栅极电压的作用下,氧化锌纳米线中的电子转移并存储在PVN层的深缺陷态中,存储电荷产生的附加电场有效降低了器件的暗电流,且改变后的状态具有良好的保持特性。此外,PVN层对电荷的存储并未明显影响器件的光电流,器件的光电导增益、响应度和灵敏度等光电探测参数得到大幅度提升。在0.11 μW cm-2的弱光照条件下,响应度为1.2×106AW-1,光电导增益为4.0×106,比探测率可以达到3.4 ×1018 Jones,优于同类氧化锌纳米线光电探测器的性能。作为对照,同时制备了无PVN层的氧化锌纳米线晶体管,其电学性质和光电探测性能的测试结果表明,在没有PVN中间层的情况下,施加相同的栅极电压仅能使得较少数量的载流子被二氧化硅层的表面缺陷俘获,且电荷存储是易失性的,未明显改变器件的性能,这也从另一方面印证了 PVN聚合物驻极体层在抑制暗电流从而改善器件光电探测性能中的关键作用。基于实验结果,我们对器件性能优化的机理进行了分析。PVN层对电荷的俘获和存储降低了氧化锌纳米线中的载流子浓度,产生的附加电场改变了器件的能带结构,影响到电子在金属与半导体界面处的传输,有效降低了氧化锌纳米线中载流子的浓度,达到降低暗电流的目的。(2)对大脑功能进行模拟的神经形态计算被认为是目前最有意义的技术之一,而人工突触器件的研究与发展则是重要的基础。为了探索氧化锌纳米线晶体管在人工突触领域的应用,本论文在同种结构的基于PVN层的单根氧化锌纳米线晶体管中,分别对器件施加光信号刺激与电信号刺激,成功实现了对神经突触可塑性的模拟。模拟内容包括兴奋性突触后电流和抑制性突触后电流这两个突触的基本行为,同时研究了刺激信号的幅值和持续时间对突触后电流的影响。此外也对突触短期可塑性中重要的双脉冲易化现象及该行为与脉冲时间间隔的关系进行了研究。根据不同刺激信号下的器件响应情况,本文认为氧化锌纳米线晶体管在光信号刺激下的类突触行为与单根纳米线器件中常见的持续光电导效应有关,而电信号刺激下的类突触行为则是由于PVN层能够存储氧化锌纳米线中的电荷所导致。综上所述,本论文将聚合物驻极体材料引入氧化锌纳米线晶体管中,研究了器件在紫外光探测领域的应用与性能优化,阐明了器件性能得到提升的潜在机理,为制备高灵敏度光电探测器件提供了一种新的思路;另外,本论文利用该结构的器件对神经元突触的可塑性进行了模拟,探索了该器件在集信号感知、信息处理和存储功能于一体的智能系统中的应用潜力,为实现氧化锌纳米线晶体管器件的多功能互通应用提供有价值的实验信息。