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zno纳米线阵列湿度传感器研究

真空科学与技术学报 2011年第3期31卷 352-356页

作者：顾磊磊郑凯波孙大林莫晓亮陈国荣复旦大学材料科学系上海200433

采用水热法在Au/Ni叉指电极上原位生长出整齐的zno纳米线阵列。纳米线的平均直径和长度分别为50 nm和5μm,且沿[0001]方向高度择优生长。测试了基于纳米线阵列的湿敏器件对不同湿度电容和电阻响应,并分析了它的工作机制。实验结果表明,... 详细信息

采用水热法在Au/Ni叉指电极上原位生长出整齐的zno纳米线阵列。纳米线的平均直径和长度分别为50 nm和5μm,且沿[0001]方向高度择优生长。测试了基于纳米线阵列的湿敏器件对不同湿度电容和电阻响应,并分析了它的工作机制。实验结果表明,这些器件具有相对较大的灵敏度和较短的响应和恢复时间,从而说明zno纳米线阵列在湿敏领域有很好的应用前景。

关键词： zno纳米线阵列湿度传感器电容电阻

zno纳米线阵列的定向生长、光致发光及场发射性能

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发光学报 2008年第3期29卷 421-424页

作者：方国家王明军刘逆霜李春艾磊李军赵兴中武汉大学物理科学与技术学院声光材料与器件教育部重点实验室

采用光刻和脉冲准分子激光沉积技术在Si衬底上制备了图形化的zno种子层薄膜。分别采用气相输运和水热合成法,制备了最小单元为30μm的图形化的垂直定向生长的zno纳米线阵列。X射线衍射(XRD)分析显示zno纳米线阵列具有高度的c轴[001]择... 详细信息

采用光刻和脉冲准分子激光沉积技术在Si衬底上制备了图形化的zno种子层薄膜。分别采用气相输运和水热合成法,制备了最小单元为30μm的图形化的垂直定向生长的zno纳米线阵列。X射线衍射(XRD)分析显示zno纳米线阵列具有高度的c轴[001]择优取向生长特性。从扫描电子显微镜(SEM)照片看出,阵列图形完整清晰,边缘整齐。纳米线阵列室温下光致发光(PL)谱线中在380nm左右具有强烈的紫外发射峰,可见光区域发射峰得到了抑制,证明zno纳米线缺陷少,晶体质量高。场致电子发射测量表明,zno纳米线阵列开启电场和阈值电场分别为2.3,4.2V/μm,具有较好的场致电子发射性能。

关键词： zno纳米线阵列光致发光场致电子发射

片上制备横向结构zno纳米线阵列紫外探测器件

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物理学报 2016年第11期65卷 255-263页

作者：李江江高志远薛晓玮李慧敏邓军崔碧峰邹德恕北京工业大学微电子学院北京100124

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合,片上制备了横向结构氧化锌(Zn O)纳米线阵列紫外探测器件,纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间,再除去斜向的多余纳米线,其余工艺步骤与传统工艺相同.分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金... 详细信息

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合,片上制备了横向结构氧化锌(Zn O)纳米线阵列紫外探测器件,纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间,再除去斜向的多余纳米线,其余工艺步骤与传统工艺相同.分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构:由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用,导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极,光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应,光电流大但增益低,响应速度慢,经二次电极加固,纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触,光电响应方式变为光伏效应,增益和速度得到了极大改善;由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用,导致溶质资源的竞争,相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧,而是交叉桥接,但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理,得到的器件特性为最优,在波长为365 nm的20 mW/cm^2紫外光照下,1 V电压时暗电流为10^(-9)A,光增益可达8×10~5,响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.

关键词：紫外探测器 zno纳米线阵列横向生长光生载流子

高取向As掺杂zno纳米线阵列的制备与表征

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发光学报 2011年第2期32卷 154-158页

作者：冯秋菊冯宇梁红伟王珏陶鹏程蒋俊岩赵涧泽李梦轲宋哲孙景昌辽宁师范大学物理与电子技术学院辽宁大连116029 大连理工大学物理与光电工程学院辽宁大连116024

在不采用任何金属催化剂的条件下,运用化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备出高取向的As掺杂zno纳米线阵列。样品的X射线衍射(XRD)谱显示获得了单一取向的衍射峰,表明样品具有较好的结晶质量。场发射扫描电镜(FE-SEM)观察表明,As掺杂Zn... 详细信息

在不采用任何金属催化剂的条件下,运用化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备出高取向的As掺杂zno纳米线阵列。样品的X射线衍射(XRD)谱显示获得了单一取向的衍射峰,表明样品具有较好的结晶质量。场发射扫描电镜(FE-SEM)观察表明,As掺杂zno纳米线阵列具有均一的直径和长度,其顶部和根部直径分别为70 nm和100 nm,长度约为1.5μm。此外,在能量色散谱(EDS)中观测到了As元素的存在。在低温(11 K)光致发光谱中还观测到了与As掺杂相关的中性受主束缚激子发光(A0X),证实As元素作为受主掺杂进入zno晶格。As掺杂zno纳米线的成功制备为zno基纳米光电器件的实现提供了一种可行的p型掺杂方法。

关键词： As掺杂 zno纳米线阵列化学气相沉积光致发光

低温CVD法在玻璃衬底上制备zno纳米线阵列

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发光学报 2010年第2期31卷 258-260页

作者：夏文高陈金菊邓宏电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

采用化学气相沉积(CVD)法在镀Cr(20nm)的玻璃衬底上,低温制备了zno纳米线阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对样品的表面形貌和微结构进行了分析表征。结果表明:源分解温度1350℃,衬底温度450～500℃,氩气流量为35sccm时,... 详细信息

采用化学气相沉积(CVD)法在镀Cr(20nm)的玻璃衬底上,低温制备了zno纳米线阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对样品的表面形貌和微结构进行了分析表征。结果表明:源分解温度1350℃,衬底温度450～500℃,氩气流量为35sccm时,zno纳米线在玻璃衬底上呈现有序生长;XRD谱图中只观测到zno(002)衍射峰。表明制备的纳米线阵列具有高度c轴择优取向生长特性和较高的结晶质量。

关键词：化学气相沉积 zno纳米线阵列低温生长

zno纳米线阵列及其衍生物的制备与气敏特性研究

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ZnO纳米线阵列及其衍生物的制备与气敏特性研究

作者：刘少宇云南师范大学

学位级别：硕士

氧化锌(zno)属于典型的n型宽禁带半导体,是一种理想的气体敏感材料。其带隙为(3.37 eV)、激子结合能60 meV,并具有光电响应、高的电子迁移率、良好的化学稳定性和热稳定性等优点。zno材料的制备及气敏特性研究仍是目前研究的热点。本论... 详细信息

氧化锌(zno)属于典型的n型宽禁带半导体,是一种理想的气体敏感材料。其带隙为(3.37 eV)、激子结合能60 meV,并具有光电响应、高的电子迁移率、良好的化学稳定性和热稳定性等优点。zno材料的制备及气敏特性研究仍是目前研究的热点。本论文以zno纳米线阵列及其衍生物的制备及气敏性能研究为主要内容。为了增强zno纳米线阵列的气敏性能。采用了诱导生长再加工的方式在FTO刻蚀电极上原位生长了氧化锌纳米线阵列(zno NRs)、镍掺杂氧化锌纳米线阵列(Ni-zno NRs)和氧化锌/二氧化钛复合纳米线阵列(zno/TiO2 NRs)三种材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能谱(EDS)等测试手段对材料的形貌、结构和元素组成进行了表征分析。在此基础上,设计制作了三种气敏器件,详细研究了它们对有毒有害气体的气敏性能,并对其敏感机理进行分析和探究,具体内容如下:(1)zno NRs的制备、表征及气敏性能研究通过滴涂技术在FTO刻蚀电极上原位生长了 zno的种子层,然后通过水热法诱导生长zno NRs。结果表明:所制备材料呈纳米线阵列状,并且纳米线阵列在FTO电极表面分布均匀,样品的结晶性良好,属于六方纤锌矿单晶结构。然后将zno NRs制备成气体传感器,并进行了气敏性能研究。气敏性能测试结果显示该器件在250℃下对H2S气体具有良好的选择性,对5 ppm的H2S气体的响应为10.4。相较于其他有毒有害气体普遍提高2倍以上。随后探究了该传感器对H2S气体的响应-恢复特性,结果显示响应恢复时间分别为117和98 s。最后通过信噪比的方式计算了该器件对H2S气体的最低检测极限,为53.9 ppb。这种原位生长得到的的薄膜型传感器在实际应用中往往展现出更好的性能。(2)Ni-zno NRs的制备、表征及气敏性能研究通过双金属源有机前驱体溶液的方式控制前驱体中Ni的含量对zno NRs材料进行了掺杂,获得不同Ni含量的Ni-zno NRs。材料的表征的结果显示Ni的引入并没有改变zno NRs的形貌和晶相。随后研究测试发现8 at.%Ni-zno NRs对5 ppm的H2S气体的响应为68.6,相较于其他有毒有害气体普遍高6倍以上。表明Ni-zno NRs对H2S具有独特的气敏响应和选择性。通过研究不同比率的Ni-zno NRs对H2S的气敏性能,结果表明8%Ni-zno NRs拥有最好的气敏性能,在250℃的最佳工作温度时对于5 ppm的H2S气体的响应为68.9,是zno NRs的6.26倍。同时进一步研究了该传感器对H2S气体的响应-恢复特性,响应时间为75 s,恢复时间为57 s。通过信噪比的方式计算了该器件对H2S气体的最低检测极限为3.41 ppb。对H2S气体的重复性循环测试发现该气体传感器具有良好的稳定性。通过与纯样的对比可知Ni掺杂有效提升了气体传感器的气敏性能产生这种现象的原因时Ni掺杂降低了材料与H2S气体反应的活化能,从而提升了传感器的性能。(3)zno/TiO2NRs复合材料的制备、表征及气敏性能研究在zno NRs的基础上,通过电子束蒸发的方式在材料表面复合了一层TiO2后,进一步通过膜厚仪调控TiO2的比例获得了不同比率的zno/TiO2NRs气体传感器。SEM表征结果显示在zno纳米线阵列表面附着了像褶皱状的TiO2。并研究了 zno/TiO2 NRs传感器对不同VOCs的气敏性能,结果表明:该传感器对醇类具有更高的响应。同时研究了 zno/TiO2 NRs传感器在不同工作温度下对乙醇的气敏性能。测试结果表明:传感器在300℃时,对100 ppm乙醇的响应为281,是zno NRs气体传感器的133倍。对乙醇的响应时间为55 s,恢复时间为35 s,约为zno NRs和Ni-zno NRs气体传感器的0.7和0.6倍,由此可见,该气体传感器可以更为快速的吸附与脱附乙醇气体。最后,选取10、25、50、75和100 ppm等不同浓度的乙醇的响应度,拟合浓度-响应度曲线计算最低检测限,其值低于39.7 ppb。在后续的循环稳定性测试中展现出了良好的稳定性。对于所制备的复合材料来说由于TiO2比zno有着更高的价带,所以材料中的电子可以从TiO2向zno转移并在界面出形成电荷区,这种结构对传感器的气敏性能的提升产生一定影响。此外表面复合材料使得表面粗糙,有大量褶皱,这种形貌大大提升了材料的比表面积更加有利于目标气体的吸附。可见,该复合材料在低浓度乙醇探测领域具有极大的应用潜力。本文中尝试了两种不同的方式来对于薄膜型的zno纳米线阵列的性能进行增强,分别对H2S气体、乙醇具有良好的气敏性能提升。该研究工作对与zno基的气体传感器性能提升具有

关键词： zno纳米线阵列气敏传感器灵敏度复合材料

zno纳米线阵列的制备及其在DSSC电池中的应用

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ZnO纳米线阵列的制备及其在DSSC电池中的应用

作者：夏文高电子科技大学

学位级别：硕士

染料敏化太阳能电池(DSSC)作为一种新型光电化学太阳能电池,以其制作工艺简单、成本低、理论上很大的电池总效率提升空间,且对环境良性,而具有很好的应用前景。目前,以TiO2薄膜作光阳极的DSSC电池的光电转化效率最高可达11%。但是纳米... 详细信息

染料敏化太阳能电池(DSSC)作为一种新型光电化学太阳能电池,以其制作工艺简单、成本低、理论上很大的电池总效率提升空间,且对环境良性,而具有很好的应用前景。目前,以TiO2薄膜作光阳极的DSSC电池的光电转化效率最高可达11%。但是纳米晶多孔TiO2薄膜中大量表面态的存在,使DSSC电池转换效率降低。zno作为有望取代TiO2的氧化物之一,近年来,以阵列zno纳米线、棒、片作光阳极的DSSC电池研究取得了较大的发展。在这些电池中引入的直线电子传输理论认为:电子在垂直于导电基底的单晶阵列结构中传输具有极高的传输速率和最低损耗。在相同条件下,与TiO2纳米粒子相比较,用zno纳米线阵列制备的光阳极具有更好的光电转换效率。单晶半导体纳米线阵列的引入,可以有效地降低电子传输的晶界势垒和传输损耗,提高电荷传输能力,从而提高光电转换的效率,它已成为染料敏化电池光阳极新的研究方向。本文探讨了应用于DSSC电池的zno纳米线制备工艺,在优化工艺条件下制备得到呈现阵列排列特性的zno纳米线,并以此作为染料敏化太阳能电池光阳极材料。主要研究内容为:(1)采用低温化学气相沉积法(CVD)制备zno纳米线阵列,讨论了衬底、催化层、温度条件和载气氩气的气氛条件对zno纳米线阵列的影响。材料微结构表征和分析表明,制备zno纳米线阵列的优化工艺条件为:在AZO膜上,以铬作为催化剂,zno源最高分解温度为1350℃,衬底温度最高在450℃-500℃之间,氩气在源温到达最高时通入,流量保持35sccm不变,通气40min后,开始降低源分解温度至1100℃,整个氩气通气时间为1小时,也就是纳米线的生长时间为1小时;(2)将优化工艺条件下制备得到的zno纳米线阵列应用于DSSC电池,得到电池开路电压350mV,短路电流0.68mA/cm2,填充因子为32.8%,总效率为0.078%。

关键词：染料敏化太阳能电池(DSSC) zno纳米线阵列化学气相沉积法(CVD) 低温生长光阳极

zno纳米线阵列的制备及其对不同肿瘤细胞的毒性研究和机理分析

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ZnO纳米线阵列的制备及其对不同肿瘤细胞的毒性研究和机理分析

作者：宁芮之北京化工大学

学位级别：硕士

氧化锌(zno)作为一种重要的半导体材料,其纳米结构在场发射、压电、光催化、太阳能电池等诸多领域获得了广泛研究,并在生物学领域展现了良好的应用前景。有序化的zno纳米线阵列是一种实现细胞检测和控制的潜力性工具,对其细胞毒性的研... 详细信息

氧化锌(zno)作为一种重要的半导体材料,其纳米结构在场发射、压电、光催化、太阳能电池等诸多领域获得了广泛研究,并在生物学领域展现了良好的应用前景。有序化的zno纳米线阵列是一种实现细胞检测和控制的潜力性工具,对其细胞毒性的研究具有重要意义。目前对zno纳米线的细胞毒性研究主要集中于剂量、长径比、直径等因素,而电荷作用作为影响细胞信号传导和生命活动的一个重要因素,也应对细胞毒性具有影响。因此,一维纳米线阵列与细胞间电荷作用对细胞毒性的影响的研究对纳米技术在生物学领域的应用具有重要价值。本文分别用基于VLS机理的化学气相沉积法和种子层诱导水热法制备出了zno纳米线阵列,并对两种方法体系的影响因素做了优化分析。通过条件优化,使用气相沉积法能够得到直径约为800nm,平均长度约为20μm的沿c轴取向良好的zno纳米线阵列,使用水热法制备的zno纳米线阵列直径约为30nm,长度约为2μm。以12孔板为静态溶液体系平台,以法制备的微流控芯片为动态溶液体系平台,以肝癌细胞系细胞HepG2为研究对象,利用Live/Dead和Hochest33342荧光染色分析了两种溶液体系平台对细胞毒性实验的适用性。结果发现,zno纳米线阵列上的细胞在动态溶液体系平台上短时间内出现明显的细胞毒性,产生细胞死亡和DNA染色丝状图案。而静态溶液体系下的细胞在zno纳米线阵列上较玻璃片上有更多的吸附,且状态良好,适用于细胞毒性实验。使用水热法制备的zno纳米线阵列为材料,通过调节水热体系的PEI含量来调控纳米线阵列表面电荷量,以三种不同的肿瘤细胞为目标,通过Zeta电位表征细胞表面电荷密度、CCK-8精确表征细胞存活率、Live/Dead染色直观表征细胞死活情况、扫描电镜表征细胞形貌、细胞内活性氧和谷胱甘肽含量表征细胞凋亡情况,研究了纳米阵列与细胞间的电荷作用对细胞毒性的影响。实验结果证明：zno纳米线阵列的一维结构是引起细胞毒性的原因,其造成细胞毒性的大小与纳米线阵列与细胞间的电荷作用有关,电荷作用越强毒性越大,且细胞毒性还具有时间依赖性,作用时间越长毒性越大。

关键词：一维纳米结构 zno纳米线阵列化学气相沉积水热法细胞毒性表面电荷癌细胞

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zno纳米线阵列的制备及H+掺杂的影响

ZnO纳米线阵列的制备及H+掺杂的影响

作者：姚树龙哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

zno纳米线阵列具有较大的比表面积、优异的光学性能和电子传输性能，因此在染料敏化太阳能电池等的应用中有着很大的潜力。本文研究zno纳米线阵列的制备工艺和在H掺杂的作用下，zno纳米线阵列形貌的变化、其缺陷情况以及光学性能的变化... 详细信息

zno纳米线阵列具有较大的比表面积、优异的光学性能和电子传输性能，因此在染料敏化太阳能电池等的应用中有着很大的潜力。本文研究zno纳米线阵列的制备工艺和在H掺杂的作用下，zno纳米线阵列形貌的变化、其缺陷情况以及光学性能的变化。本文采用溶胶-凝胶法，以乙二醇甲醚作为溶剂，二水醋酸锌作为起始原料，乙醇胺作为催化剂，制备了溶胶，通过旋涂法成功的制备了zno的种子层，随后，又在种子层的基础上，通过水浴加热法，通过六水硝酸锌和六次甲基四胺的反应，成功制备了zno纳米线阵列。通过H辐照对zno种子层和zno纳米线阵列进行掺杂改性，在掺杂后的样品上再次生长了zno纳米线阵列，研究了H辐照掺杂对zno种子层和zno纳米线阵列形貌、光学性能以及缺陷情况的影响。结果表明，zno纳米线阵列制备合成的最佳工艺参数为：以0.1mol/L的溶胶制备zno种子层，随后通过0.025mol/L的生长溶液进行水浴生长出zno纳米线阵列，用此工艺生长出的zno纳米线阵列具有合适的比表面积以及较好的空间取向。 H掺杂后，zno种子层和zno纳米线阵列的光谱透过率均有所降低，而且样品经过H掺杂，在样品上生长zno纳米线阵列，生长出的纳米线阵列的可见发光峰的强度也有一个降低的趋势。随着H掺杂累积注量(浓度)的增加，在经过H掺杂的样品上再次生长的zno纳米线阵列中的zno成分含量会有一个降低的趋势。随着H掺杂累积注量(浓度)的增加，由于H的荧光猝灭作用，使得zno纳米线阵列在可见光波段的发光峰峰强降低，但是当在H掺杂后的样品上再次生长出zno纳米线阵列，此时得到的阵列在可见波段的光致发光峰峰强反而增加。

关键词： zno纳米线阵列 H+掺杂光学性能缺陷