基于柔性衬底的ZnO横向纳米线阵列的高效构筑、性能及其在高灵敏光电导器件中的应用研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11604339
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2003.凝聚态物质输运性质
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:秦娟娟; 朱能伟; 胡红涛; 褚状状; 马英岚;
- 关键词:
项目摘要
Metal oxide nanowires are promising building blocks for future photodetectors with small-size and low power-consumption, arising from their unique properties and one-dimensional geometry. The deeper understanding of nucleation theory of bottom-up approach allows us to fabricate various kinds of metal oxides with varying band gaps that covers inferred to deep UV light. However, challenges still exist for building practical high-performance photodetectors. For examples, the homogeneities of devices, how to fully explore the photoconductivity properties? et al. Herein, we would like to tackle these issues by following strategies. A pyramid PDMS mold is utilized to prepare ZnO nanowire arrays (on flexible substrate) with uniform diameter. Contact printing is applied to in-situ form horizontal nanowire arrays devices. This approach can overcome the inhomogeneity of device obtained through spontaneous nucleation growth. After that, we plan to systematically tune the diameter, strain and gate voltage to manipulate the band gap, Fermi level, position and density of defect/surface states, which are crucial physical parameters that determine the photoconductivity properties. By comprehensively analyzing diameter, strain, gate voltage dependent photoconductivity, photoluminance measurement and electrical simulation, we can gain deep insight in photoconductivity mechanism, which is supportive for enhancing the photoconductivity properties, and provide an approach to design high-performance photodetectors. The present proposal can provide useful insight on fully exploring the photoconductivity of metal oxides and designing guidelines for high performance photodetectors.
金属氧化物纳米线因优异的光电性能及独特的一维构型,而成为构造下一代小型、低功耗光电导器件的核心单元之一。对至下而上自组装理论的深入认识,使合成带隙覆盖红外-深紫外波段的多种纳米线变得可能,但是在构筑高效、实用的光电导器件仍面临着许多挑战:比如器件的均一性,如何最大幅度挖掘光电导性能等。本项目拟用金字塔PDMS模子实现直径均一、可调的ZnO纳米线阵列在柔性衬底上的生长,经原位平面化后,构建出横向纳米线光探测器阵列,消除自发形核带来的直径及性能不均一性。在此基础上,通过直径、应变、门电压三大调控手段来系统调节材料的光学带隙、费米能级、缺陷态、表面态能级位置、态密度等重要物理参数,结合光谱及电学模拟,阐明调控参量与光电导性能的物理机理,提取出提升光电导性能的手段,通过优化设计出高灵敏度的光探测器件。本项目对深度挖掘材料的光电导性能具有重要意义,并为实际应用提供了技术和理论策略依据。
结项摘要
本项目针对半导体微纳器件应用面临的两个瓶颈——平面型微纳阵列的高效“原位”构筑、及材料缺陷对器件性能的影响规律,并行开展了ZnO/卤化物钙钛矿微纳阵列的原位构筑、面向气体分子识别检测的氧化物纳米材料表面缺陷调控的研究工作,取得了如下研究成果:1、本项目首次利用简单的压印膜厚控制的方法,获得PDMS金字塔上蕴含的渐变的精细结构,可用单一PDMS模子获得尺寸(~0.1 – 1 μm)准连续可调的压印图形,大幅降低了纳米蚀刻的准入门槛,成功构筑了ZnO纳米线阵列;2、鉴于光电性能优异的卤化物钙钛矿无法采用传统光刻工艺,利用平面衬底上的亲水-疏水图形,成功实现了卤化物钙钛矿前驱体溶液在平面衬底的选择性浸润,通过控制溶剂的挥发驱动卤化物钙钛矿的缓慢结晶,得到了高结晶、平面型卤化物钙钛矿微米阵列。卤化物阵列光电探测器对555nm的可见光响应率可达1 A/W,探测率在1011 Jones 以上。钙钛矿阵列通过低温溶液法生长,柔性衬底兼容,满足大规模工业化生产,为下一步研究门电压、应力对材料性能的调制及开发实用型光电器件奠定了重要基础;3、缺陷是影响材料光电及其它性能的重要因素,理清材料不同缺陷对器件性能的影响规律与机制是开发高性能半导体纳米器件的关键。本项目系统研究了金属氧化物半导体中不同缺陷对其气体分子响应性能的影响,发现并验证了单电离的氧空位为活性位点,并发展了多种表面氧空位调控手段,可显著提升传感器的灵敏度(最高可提升2个数量级)及检测限(部分气体可达10ppb)。.相关研究不仅为基于阵列型半导体微纳器件的原位构筑,也为其它光电、生化集成器件的研发进行了有益尝试。缺陷研究对深度挖掘材料的性能、大幅提升器件的性能具有重要的意义,可为实际应用提供理论依据与技术支撑。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(11)
专利数量(6)
Oxygen Vacancy Defects Boosted High Performance p-Type Delafossite CuCrO2 Gas Sensors
氧空位缺陷增强了高性能 p 型铜铁矿 CuCrO2 气体传感器
- DOI:10.1021/acsami.8b10485
- 发表时间:2018
- 期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
- 影响因子:9.5
- 作者:Bin Tong;Zanhong Deng;Bo Xu;Gang Meng;Jingzhen Shao;Hongyu Liu;Tiantian Dai;Xueyan Shan;Weiwei Dong;Shimao Wang;Shu Zhou;Ruhua Tao;Xiaodong Fang
- 通讯作者:Xiaodong Fang
Flash Surface Treatment of CH3NH3PbI3 Films Using 248 nm KrF Excimer Laser Enhances the Performance of Perovskite Solar Cells
使用 248 nm KrF 准分子激光对 CH3NH3PbI3 薄膜进行闪光表面处理可增强钙钛矿太阳能电池的性能
- DOI:10.1002/solr.201900020
- 发表时间:2019
- 期刊:SOLAR RRL
- 影响因子:--
- 作者:Shan Xueyan;Wang Shimao;Dong Weiwei;Pan Ning;Shao Jingzhen;Wang Xiangqi;Tao Ruhua;Deng Zanhong;Hu Linhua;Kong Fantai;Meng Gang;Fang Xiaodong
- 通讯作者:Fang Xiaodong
Surface oxygen vacancy defect engineering of p-CuAlO(2)via Ar&H-2 plasma treatment for enhancing VOCs sensing performances
Ar 环境下 p-CuAlO(2) 表面氧空位缺陷工程
- DOI:10.1039/c9cc05881h
- 发表时间:2019
- 期刊:Chemical Communications
- 影响因子:4.9
- 作者:Tong Bin;Meng Gang;Deng Zanhong;Horprathum Mati;Klamchuen Annop;Fang Xiaodong
- 通讯作者:Fang Xiaodong
Insight into the Humidity Dependent Pseudo-n-Type Response of p-CuScO2 toward Ammonia
深入了解 p-CuScO2 对氨的湿度依赖性伪 n 型响应
- DOI:10.1021/acs.inorgchem.9b01120
- 发表时间:2019
- 期刊:Inorganic Chemistry
- 影响因子:4.6
- 作者:Deng Zanhong;Tong Bin;Meng Gang;Liu Hongyu;Dai Tiantian;Qi Lingli;Wang Shimao;Shao Jingzhen;Tao Ruhua;Fang Xiaodong
- 通讯作者:Fang Xiaodong
Interface Engineering of Electron Transport Layer/Light Absorption Layer of Perovskite Solar Cells
钙钛矿太阳能电池电子传输层/光吸收层界面工程
- DOI:10.7536/pc180929
- 发表时间:2019
- 期刊:Progress in Chemistry
- 影响因子:1.3
- 作者:Shan Xueyan;Wang Shimao;Meng Gang;Fang Xiaodong
- 通讯作者:Fang Xiaodong
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其他文献
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- 发表时间:--
- 期刊:计算机辅助设计与图形学学报
- 影响因子:--
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