蓝宝石衬底上水平生长ZnO纳米线及紫外敏感性能研究

在无催化剂条件下,采用化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石(110)衬底上制备了ZnO纳米线.X射线衍射(XRD)图谱上只有ZnO的(100)衍射峰和(110)衍射峰.扫描电子显微镜分析表明,ZnO纳米线在蓝宝石衬底上水平生长.在样品上蒸镀了金叉指电极,以256nm的紫外光作为光源,测试了样品的紫外光敏感性能,研究表明水平生长的ZnO纳米线对紫外光具有较快的响应,在5V偏压下,光电流与暗电流比为30;当波长为354nm时光响应度达到最大值为0.56A/W.     

ZnO基紫外探测器及其研究进展

介绍了ZnO基紫外探测材料的主要制备方法、特性以及器件的最新研究进展,并简要分析了今后的发展方向。     

热氧化法制备ZnO薄膜及其紫外探测特性研究

采用电子束蒸发方法在玻璃衬底上沉积了Zn薄膜,然后在空气中进行了400 ℃至550 ℃加热退火处理,并基于金属-半导体-金属(MSM)平面式结构,制备了ZnO光电导型紫外探测器.实验发现:退火后的薄膜样品表面出现了ZnO纳米线,纵横比在300～1000间;探测器的响应峰值波长约为360 nm,紫外区光响应度是可见区的5倍以上;360 nm紫外光照射的瞬态响应符合e指数变化规律,e指数曲线拟合所得到的驰豫时间常数反映了这个过程中的时间积累.     

ZnO纳米线场效应管的制备及光电特性

本文采用水热法生长的ZnO纳米线制得悬浮ZnO纳米线场效应晶体管,该场效应管的跨导为0.396μS,迁移率为50.17cm^2/Vs,VGS = 0 V时电阻率为0.96×102Ωcm,开关态电流比（Ion/Ioff）为10^5。该效应管在紫外下曝光（2.5μw/cm2）后显示了穿通现象和开启电压漂移（从-0.6V 到 +0.7V）,且由于漏极感应势垒的降低,使得源漏电流减少一半（从560nA到320nA）。悬浮ZnO纳米线场效应管的这些性质揭示了它的一些内在属性和器件方面的应用。     

Si(100)衬底对ZnO纳米线阵列生长方向的控制作用

采用热分解ZnO粉末法,以Au为催化剂,在Si(100)衬底上外延生长了ZnO纳米线阵列。用扫描电子显微镜(SEM)分析表明:ZnO纳米线的直径在100nm左右,长度约3μm,与衬底表面的夹角约为70.5°,纳米线具有四个特定的倾斜方向A,B,C,D。X射线衍射(XRD)图谱上只有ZnO(0002)衍射峰,说明ZnO纳米线沿C轴择优生长。结合Si与ZnO的晶格结构特征,理论研究得出ZnO纳米线与Si基片的晶格匹配关系为:[0001]_(ZnO)∥[114]_(Si),[0001]_(ZnO)∥[■■4]_(Si),[0001]_(ZnO)∥[1■4]_(Si),[0001]_(ZnO)∥[■14]_(Si),失配度为1.54%。得出了Si(100)衬底对ZnO纳米线生长方向具有控制作用的结论。     

不同晶种上ZnO纳米线的生长及紫外光电导特性

采用射频磁控溅射法在石英衬底上沉积了AZO和ITO透明导电膜,然后采用溶液化学法以两种导电膜为晶种分别生长ZnO纳米线。利用扫描电镜和X射线衍射等测试手段对样品进行表征,进而通过一种垂直测试结构,研究其紫外光电导特性的差异。结果表明:晶种对纳米线的生长起决定性作用,只有在结晶良好并且择优取向的AZO膜上才能生长出垂直于衬底且取向一致的ZnO纳米阵列,而在ITO膜上,ZnO纳米线的取向具有很大的随机性。AZO上垂直生长的纳米线紫外响应速度较快,且呈现良好的欧姆接触特性,但两种样品恢复时间都较长,分析认为是纳米线曝光面积不同和内部的缺陷、表面态等原因造成的。     

ZnO基异质结紫外探测器光电特性研究

n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器存在响应度低和响应范围广的问题,为了获得更好的紫外探测性能,设计了一种n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器。应用TCAD仿真软件模拟了n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器的光学和电学特性,模拟结果表明：n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器暗电流为10^-15 A,较n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器降低了一个数量级;ZnO/p-SiC探测器响应度高达0.41 A/W,较n-ZnO/p-Si器件提高了156%,且n-ZnO/p-SiC紫外探测器仅对紫外光有响应,有效抑制了n-ZnO/p-Si紫外探测器对可见光的响应。     

ZnO光电导紫外探测器的制备和特性研究

以Si(111)衬底,用脉冲激光沉积(PLD)法制得C轴高度择优取向的ZnO薄膜,并利用剥离技术制备了ZnO光导型紫外探测器.Al叉指状电极是由平面磁控溅射技术沉积得到的.对Al/ZnO/Al的伏安特性和紫外光响应的研究表明,金属铝和ZnO能形成很好的欧姆接触,紫外探测器的电阻值在100KΩ左右.在紫外区域,其5V偏压下的光响应度为0.5A/W.     

紫外辐射ZnO纳米棒的生长及性能

用退火法在玻璃、硅片衬底上先生长ZnO籽晶,然后在90℃下在醋酸锌和六亚甲基四胺溶液中生长了直径约为17 nm的ZnO纳米棒.采用X射线衍射仪(XRD)分析了不同衬底上生长的ZnO纳米棒的结构和择优生长取向,用扫描电子显微镜(SEM)观察了ZnO的形态,用荧光光谱仪分析了纳米棒的发光特性,讨论了籽晶、衬底类型和衬底放置方式对纳米棒的尺寸、排列趋向性和光学性能的影响.纳米棒的直径和排列依赖于衬底的初始状态,籽晶可以减小纳米棒的尺寸,增强纳米棒的排列有序性;一旦衬底上生长了籽晶,后续生长的纳米棒的尺寸、排列和性能与衬底的类型无关,纳米棒都具有强的紫光发射.但衬底的放置方式会影响其上纳米棒的形态,竖直放置的衬底易生长尺寸分布均匀的准有序排列的纳米棒.     

ZnO纳米线的快速生长机理及其场发射性能研究

为了快速制备具有优良场发射性能的ZnO纳米线,对ZnO纳米线的生长机理及场发射性能进行研究。首先采用优化的两步法制备出高长径比的ZnO纳米线,其次采用SEM对ZnO的微观形貌进行表征,然后,在分析形貌特点的基础上,说明了强碱体系下ZnO纳米线薄膜的快速生长机理。最后,对典型样品的场发射性能进行了测试。测试果表明,优化后的两步法,只需3h即可获得直径为40~50nm,长度为2.2~2.7μm,长径比高达54的纳米线。薄膜的开启电场为3.6V/μm,阈值场强为9.1V/um,场增强因子β高达3 391。研究表明,高pH值溶液可以加快ZnO纳米线沿C轴方向的择优生长,获得高长径比的ZnO纳米线,进而获得优良的场发射性能。     

Aligned Growth of Semiconductor Nanowires on Scratched Amorphous Substrates

Aligned growth of planar semiconductor nanowires (NWs) on crystalline substrates has been widely demonstrated during the past two decades and was used for the fabrication of a large variety of devices. However, the dependence on single-crystal substrates is a major obstacle in the way of implementing NW-based applications in today's silicon- and glass-based technologies. Here, the guided growth of semiconductor NWs is demonstrated along nanoscale-depth scratches, created in a nonlithographic process on amorphous oxidized silicon wafers and soda-lime glass. Scratches are created on the substrates in a few seconds using a robust and scalable mechanical polishing process. Growth of planar NWs of different materials (CdS, CdSe, ZnSe, and ZnO) guided by scratches on Si/SiO₂ wafers and glass is demonstrated and studied. Photoluminescence measurements from individual NWs grown along scratches show that the interaction with the substrate preserves the optical properties of the material. Crystallographic analysis indicates that all materials grow as single crystals, and the influence of the scratches on the different materials is discussed in terms of morphology, crystallinity, and crystallographic orientations. This process opens the way to large-scale integration of NWs into functional devices by guided growth for various applications including displays, polarized light sensors, and smart windows.     

掺锂氧化锌纳米线的光致发光特性

氧化锌（ZnO）是直接宽带隙半导体材料,有高达60meV的激子束缚能,是下一代短波长光电材料的潜在材料。首先制备了优良的多孔氧化铝（Anodic Aluminum Oxide）有序孔洞阵列;以其为模板,采用直流电化学沉积的方法,在其规则排列的孔中沉积得到锌的纳米线;然后将其在高温下氧化,得到氧化锌的纳米线。XRD图显示Li掺杂前后的ZnO纳米线具有较好的晶态结构。对Li掺杂前后的ZnO纳米线进行光学特性测量,结果表明,ZnO纳米线有两个发光峰,分别位于382nm和508nm处;Li掺杂较大地改善了ZnO纳米线的发光性能,本征发光峰移到395nm处,蓝绿发光强度也有了很大程度的提高。     

一维氧化锌纳米线生长技术及潜在应用

详细综述了一维ZnO纳米线的制备方法,包括气–液–固催化反应生长法、模板限制辅助生长法、金属有机气相外延生长法、自组织生长法等,介绍了其在微电子及光电子领域的潜在应用。并报道了作者采用热氧化射频磁控共溅射Zn/SiO2复合膜,金属锌从SiO2基质中析出合成了六方纤锌矿结构ZnO纳米线。     

ZnO纳米线的低温生长及其发光特性

采用电场辅助电化学沉积的方法在阳极氧化铝模板中沉积出ZnO纳米线阵列.透射电子显微镜和X射线衍射测试结果表明,制备的纳米线是单晶ZnO纳米线,形貌均匀,直径大约为60nm,并且择优于(101)晶面.对生长过程中所加的辅助电场的作用给出了初步解释.光致发光谱表明,在350～650nm范围内存在一个很宽的发光峰.     

Si基氨化ZnO／Ga2O3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3薄膜，然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3薄膜进行氨化，高温下ZnO层在氨气气氛中挥发，而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线．X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构．利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构．研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3和NH3反应合成GaN纳米线．     

ZnO纳米线的低温生长及其发光特性

采用电场辅助电化学沉积的方法在阳极氧化铝模板中沉积出ZnO纳米线阵列.透射电子显微镜和X射线衍射测试结果表明,制备的纳米线是单晶ZnO纳米线,形貌均匀,直径大约为60nm,并且择优于(101)晶面.对生长过程中所加的辅助电场的作用给出了初步解释.光致发光谱表明,在350～650nm范围内存在一个很宽的发光峰.     

Pre-avalanche Ultraviolet Photoconduction Properties of Transitional-Metal-Doped ZnO Nanowires

The ultraviolet (UV) photoelectric characteristics of transitional metal (Cu) doped ZnO nanowires produced by the self-catalytic vapor–liquid–solid (VLS) method were investigated by performing a series of photoconduction and time-resolved measurements. The photocurrent voltage characteristics obtained on the nanowires configured as two-terminal metal–semiconductor–metal photodetectors exhibited a nonmonotonic behavior attributed to the interplay of several limiting mechanisms: Schottky contacts and trapping/detrapping effects that take place at low and intermediate (pre-avalanche) bias regimes, respectively. In the intermediate biases, the photocurrent was power-law dependent, i.e., changed with voltage as and for excitation wavelengths of 365 nm, 302 nm, and 254 nm, respectively. The dependence of the exponent on the wavelength of the light is analyzed and explained based on the detailed consideration of the contribution of different deep-defect Cu levels formed within the band gap of ZnO. The study will be important to those working in the area of ZnO-based nanophotodetectors, optical switches, and sensors.