材料程綱NanoEnergy上報告基于表面離子調(diào)控ZnO納米線快速紫外光探測器

1、第 PAGE5 頁 共 NUMPAGES5 頁材料程綱NanoEnergy上報告基于表面離子調(diào)控ZnO納米線快速紫外光探測器河南大學(xué)程綱在 NanoEnergy 上報告基于表面離子調(diào)控的 ZnO 納米線快速紫外光探測器【引言】ZnO 作為一種性能優(yōu)異的光電材料，在過去的半個世紀(jì)受到了世界各國研究人員的廣泛關(guān)注。隨著納米科技的發(fā)展，低維 ZnO 納米結(jié)構(gòu)作為構(gòu)筑光電器件的基本單元吸引了大家的研究興趣。作為電子定向傳輸?shù)淖钚【S度，一維 ZnO 納米線具有大的比表面積和表面活性，表面態(tài)在調(diào)控器件性能方面起到了重要的作用。由于在紫外光響應(yīng)方面優(yōu)異的光電性能，基于 ZnO 納米線的紫外光探測器得到了大家

2、的深入研究。然而，由于 ZnO 的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)及表面氣體分子吸附的高靈敏性，ZnO 納米線紫外光探測器緩慢的光電流回復(fù)時間限制了其在實際中的應(yīng)用。【成果簡介】近日， 河南大學(xué)特種功能材料教育部重點實驗室程綱教授報道了一種新的“表面離子?xùn)拧闭{(diào)控技術(shù)。該利用摩擦納米發(fā)電機(jī)誘導(dǎo)的氣體放電產(chǎn)生的電子和氧負(fù)離子對 ZnO 肖特基勢壘的快速調(diào)控特性，發(fā)展了一種新型的“表面離子?xùn)拧闭{(diào)控技術(shù)。該技術(shù)利用獨立層結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)誘導(dǎo)的氣體放電產(chǎn)生電子和氧負(fù)離子，通過有效調(diào)控表面態(tài)，實現(xiàn)了對 Ag/ZnO 納米線肖特基勢壘的高度和電學(xué)傳輸特性的調(diào)控。不同氣氛下的測試結(jié)果表明，放電產(chǎn)生的氧負(fù)離子在表面的吸附以及

3、放電產(chǎn)生的電子被表面缺陷捕獲所形成的表面局域負(fù)電荷，是表面離子?xùn)耪{(diào)控表面態(tài)的主要途徑。在調(diào)控中，表面形成的表面局域電荷起到與 FET 的柵極電壓類似的作用，因此，將該方法叫做“表面離子?xùn)拧闭{(diào)控技術(shù)。利用表面離子?xùn)耪{(diào)控技術(shù)，使 ZnO 納米線肖特基勢壘紫外光檢測的回復(fù)時間從 87 s 降低到 0.3 s，成為在空氣、氧氣、氮氣等不同的環(huán)境中實現(xiàn)快速紫外光檢測的普適方法。本文所提出的表面離子?xùn)耪{(diào)控技術(shù)，可以實時、原位地調(diào)控納米線的表面態(tài)，這為研究表面態(tài)產(chǎn)生和弛豫的動態(tài)過程，發(fā)展高性能光電納米器件，提供了新的思路，具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)成果以“The high-speed ultraviolet

4、photodetector of ZnO nanowire Schottky barrier based on the triboelectric-nanogenerator-powered surface-ionic-gate” 為題發(fā)表在國際刊 著名期刊 Nano Energy 上。楊鋒博士為論文的第一作者，程綱教授和杜祖亮教授是本文的共同通訊作者?！緢D文導(dǎo)讀】圖一 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)誘導(dǎo)的氣體放電的表面離子?xùn)耪{(diào)控技術(shù)示意圖（a）基于摩擦納米發(fā)電機(jī)誘導(dǎo)的氣體放電的表面離子?xùn)耪{(diào)控技術(shù)示意圖。（b）負(fù)電暈放電離子運動示意圖。（c）摩擦納米發(fā)電機(jī)誘導(dǎo)的氣體放電的電流時間曲線及（d）轉(zhuǎn)移電荷量曲線

5、。圖二 表面離子?xùn)艑?ZnO 納米線在不同氣氛中的調(diào)控特性圖 2（a）ZnO 納米線肖特基勢壘器件在暗態(tài)下的電流-電壓曲線，內(nèi)嵌圖片為 ZnO 納米線的 FESEM 圖像；表面離子?xùn)耪{(diào)控的ZnO 納米線在空氣中（b）、氧氣中（c）及氮氣中（d）的電流-時間特性。圖三 表面離子?xùn)耪{(diào)控的 Ag/ZnO 納米線界面肖特基勢壘結(jié)構(gòu)及能帶示意圖圖 3 表面離子?xùn)耪{(diào)控前的 Ag/ZnO 納米線界面肖特基勢壘結(jié)構(gòu)（a）及（b）能帶示意圖；表面離子?xùn)耪{(diào)控后的 Ag/ZnO 納米線界面肖特基勢壘結(jié)構(gòu)（c）及能帶（d）示意圖。圖四 ZnO 納米線的光響應(yīng)曲線及在表面離子?xùn)耪{(diào)控下的光電流開關(guān)曲線圖 4 ZnO 納米線器件在暗態(tài)和紫外光照下的電流-電壓曲線（a）及不同氣氛下的光電流開關(guān)曲線（b）；空氣中（c）及純氧下（d）表面離子?xùn)耪{(diào)控的 ZnO 納米線器件時間分辨的的光電流開關(guān)曲線。圖五 ZnO 納米線在氮氣中的光響應(yīng)特性及表面離子?xùn)耪{(diào)控特性圖 5 ZnO 納米線器件在氮氣中的紫外光電流-電壓（a）曲線及（b）多周期光電流開關(guān)曲線；（c）ZnO 納米線器件分別在空氣和氮氣中的單周期的光電流開關(guān)曲線；（d）氮氣中表面離子?xùn)耪{(diào)控的 ZnO 納米線時間分辨的光電流開關(guān)開關(guān)曲線。圖六 表面離子?xùn)耪{(diào)控的 ZnO 納米線快速紫外光檢測器的工作機(jī)制圖 6 不同狀態(tài)下器件的能帶示意圖。（a）ZnO 納米線器件在光照