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)光電導效應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時間限制了其在實際中的應用?！境晒喗椤拷?， 河南大學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“表面離子柵”調(diào)控技術(shù)。該利用摩擦納米發(fā)電機誘導的氣體放電產(chǎn)生的電子和氧負離子對 ZnO 肖特基勢壘的快速調(diào)控特性，發(fā)展了一種新型的“表面離子柵”調(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)電機誘導的氣體放電產(chǎn)生電子和氧負離子，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電荷，是表面離子柵調(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“表面離子柵”調(diào)控技術(shù)。利用表面離子柵調(diào)控技術(shù)，使 ZnO 納米線肖特基勢壘紫外光檢測的回復時間從 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柵調(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文導讀】圖一 基于摩擦納米發(fā)電機誘導的氣體放電的表面離子柵調(diào)控技術(shù)示意圖（a）基于摩擦納米發(fā)電機誘導的氣體放電的表面離子柵調(diào)控技術(shù)示意圖。（b）負電暈放電離子運動示意圖。（c）摩擦納米發(fā)電機誘導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 表面離子柵對 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；表面離子柵調(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 表面離子柵調(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 表面離子柵調(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；表面離子柵調(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 納米線的光響應曲線及在表面離子柵調(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）表面離子柵調(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特性及表面離子柵調(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）氮氣中表面離子柵調(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 表面離子柵調(diào)控的 ZnO 納米線快速紫外光檢測器的工作機制圖 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