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王中林小組制備出高性能傳感器

http://m.henanjusheng.com 2009-10-14 14:30

  美國(guó)佐治亞理工學(xué)院(GeorgiaInstituteofTechnology)王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近利用肖特基特性制備出高性能傳感器——紫外光傳感器和生物傳感器。與傳統(tǒng)的基于歐姆接觸的傳感器相比,這些傳感器不僅把靈敏度提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí),而且其反應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間也有數(shù)量級(jí)上的改善。這一發(fā)現(xiàn)為傳感器的進(jìn)一步發(fā)展提出了一個(gè)重要的新思路。

  傳統(tǒng)的傳感器依賴(lài)納米線(xiàn)的表面效應(yīng)(側(cè)面)和氣體或生物分子在表面的吸附和解吸附過(guò)程。為了提高器件對(duì)光、化學(xué)氣體或生物分子的靈敏度,納米線(xiàn)需要非常小,從而其表面效應(yīng)能夠顯著。同時(shí)研究人員采用歐姆接觸來(lái)降低接觸電阻的影響,從而進(jìn)一步突出表面效應(yīng)。另外,分子在表面的吸附和解吸附是一個(gè)相對(duì)較慢的過(guò)程,這也導(dǎo)致相應(yīng)的傳感器反應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng),甚至在100秒以上,這也嚴(yán)重地限制了傳感器的應(yīng)用。

  王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的小組深入分析比較了肖特基接觸和歐姆接觸的原理和特點(diǎn),提出了肖特基接觸也可以用于構(gòu)造傳感器,而且其性能可以更好?;谶@一想法,他們成功研制出紫外光傳感器和生物傳感器,其結(jié)果分別發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》(AppliedPhysicsLetters,2009,94,191103)和《先進(jìn)材料》(AdvancedMaterials,2009,21,online)。這一新型紫外光傳感器不僅靈敏,其反應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間也有了質(zhì)的飛躍。采用同樣氧化鋅納米線(xiàn)但兩端是歐姆接觸的傳感器在開(kāi)關(guān)紫外光后恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)417秒,而基于肖特基的傳感器僅僅0.8秒。利用高分子進(jìn)行表面修飾后其恢復(fù)時(shí)間進(jìn)一步縮短到0.02秒,從而達(dá)到了四個(gè)數(shù)量級(jí)的提高。與此相似,采用同樣氧化鋅納米線(xiàn)但兩端是歐姆接觸的傳感器對(duì)生物分子沒(méi)有明顯響應(yīng)。改用肖特基后,傳感器不僅有顯著的響應(yīng),并且響應(yīng)和恢復(fù)非常迅速。對(duì)于生物分子傳感,其靈敏度提高了三到四個(gè)數(shù)量級(jí),并能有效區(qū)分出所帶電荷的正負(fù)。

  這些新型傳感器的優(yōu)異性能歸功于肖特基接觸。肖特基勢(shì)壘和界面附近的內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)電流的傳輸起到關(guān)鍵作用,而納米線(xiàn)主體和表面的影響則相對(duì)較弱。外界因素(紫外光或生物分子)可以直接影響肖特基勢(shì)壘和界面附近的內(nèi)建電場(chǎng)。這一變化可以比表面效應(yīng)更為顯著地調(diào)制通過(guò)傳感器的電流,從而提高了器件的靈敏度。肖特基勢(shì)壘和內(nèi)建電場(chǎng)的變化和對(duì)電流的調(diào)制可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成,所以這一新型傳感器擁有了基于歐姆接觸的傳感器無(wú)可比擬的反應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。

  

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