单根ZnO纳米线气敏及光电性质的研究

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一维ZnO纳米材料在纳米电子器件、光电子器件、纳米传感器等领域表现出巨大的应用潜力,使得其制备和应用的研究成为国际热点。由于表面效应,ZnO纳米线的导电性质受环境气氛、温度及光辐射的影响显著。因此,其在气敏传感器和紫外光探测方面的研究具有重要意义。本文利用化学气相沉积法制备了ZnO纳米线,采用简易、低廉的微栅模板法制作单根ZnO纳米线欧姆接触的微电极,并对器件的气敏及光电特性进行了研究。  为了研究单根ZnO纳米线器件的气敏机理,对器件的氧气和空气的气敏特性进行了测试。在不同空气压强下测试单根ZnO纳米线的电阻,发现电阻与真空度的对数成线性关系,说明单根ZnO纳米线器件可以制成真空传感器,真空传感器的机制主要与纳米线表面氧负离子的脱附作用有关。变温实验表明温度对真空传感器灵敏度有很大影响:在温度为325℃时,压强P=10 Pa时ZnO纳米线的电阻约为一个大气压下的1000倍;而室温情况下,此倍数降为10。这种巨大变化是由于温度升高促使纳米线的电子热激发,载流子浓度增加,电流增大。  继单根ZnO纳米线器件的气敏性质研究之后,又对其光电特性进行了研究。实验结果表明,ZnO纳米线对紫外光非常敏感。当源漏电压为1.5V时,光电流与暗电流之比为8.3,表明器件可以应用到光控开关等领域中。为了研究光电流的恢复过程,探究了纳米线光电流的衰减机理,并首次将衰减过程归结为三种过程,即电子空穴的复合、水分子的吸附过程和氧分子的吸附过程,其时间常数分别是τ1=0.2 s,τ2=8.5 s和τ3=86.6 s。
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