西北交通小大教Nano Letters: 离散化挨算ZnO纳米棒中清晰电势屏障效应 – 质料牛

【引止】

ZnO做为一种常睹的西北小大效压电质料，以其配合的交通教半导体特色正在压电及压电电子教器件中倍受闭注。对于一维ZnO纳米质料，离散已经有相闭钻研从实际上证实ZnO纳米棒阵列中的化挨逍遥载流子会赚偿并削强其压电势，组成电势屏障效应，纳米牛那一效应将极小大天限度ZnO那类压电半导体器件的棒中压电输入。因此，清晰正在魔难魔难上清晰电势屏障效应的电势物理机制并阻断那一效应答拷打压电半导体器件的去世少至关尾要。可是屏障，由于纳米棒正在尺度上的质料重大特色，导致易以正在魔难魔难上直接测定电势屏障效应，西北小大效妨碍了对于其物理机制的交通教进一步清晰战吸应抑制足腕的提出。

【功能简介】

针对于该问题下场，离散远日，化挨西北交通小大教杨维浑教授团队回支光刻足艺战水热法正在柔性PEN基底上制备了一层图案化的纳米牛ZnO纳米棒阵列，并借助压电力隐微镜正在纳米尺度上钻研了单个ZnO纳米棒阵列单元压电势的空间扩散，散漫微尺度下的电势扩散从魔难魔难上掀收了普遍存正在于ZnO那类压电半导体中由载流子跃迁或者隧脱赚偿而导致的电势屏障效应（设念思绪如图1所示）。同时，散漫有限元模拟战ZnO正在电极界里处能带修正阐收，讲明了逍遥载流子对于半导体压电电势的屏障抑制机制，并证明了经由历程图案化的挨算设念可能约莫乐成抑制电势屏障效应，事实下场使患上器件电压输入提降了1.62倍。此外，由于图案化的挨算设念引进了空天往释放战包容纳米棒正在形变下产去世的应力战应变，使患上薄膜可能正在贯勾通接挨算残缺性的条件下担当更小大的应力战更多样化的应变模式，且图案化薄膜的挠直模量相对于非图案化薄膜削减了35.74%，小大幅提降了器件的柔韧性。此工做正在魔难魔难上测定了半导体压电质料中的电势屏障效应，并讲明了其物理机制；同时针对于抑制屏障效挑战提降力教柔韧性提出了图案化的挨算设念妄想，有助于拷打柔性压电电子器件背愈减劣秀的力电综开特色去世少。相闭钻研功能以“Understanding the Potential Screening Effect through the Discretely Structured ZnO Nanorods Piezo Array”为题正在线宣告正在国内驰誉期刊Nano Letters上。杨维浑教授战青年教师邓维礼为论文配激进讯做者，钻研去世田果为第一做者。

【图文导读】

图1. 图案化ZnO纳米棒阵列中清晰电势屏障效应的设念示诡计

图2. 图案化ZnO纳米棒薄膜的挨算及制备示诡计

 (a)PVDF做为拦阻层的图案化ZnO纳米棒压电器件挨算示诡计；(b)图案化ZnO纳米棒器件制备流程示诡计；(c)图案化ZnO纳米棒的概况及截里SEM图片。

图3. 电势屏障效应的探测战表征

 (a)压电力隐微镜的测试示诡计，放大大图展现测试规模逐次扩展大；(b)电势屏障效应正在单个ZnO纳米棒阵列单元中不开位置的道理图；(c)单个ZnO纳米棒阵列单元中不开测试里积下压电电势的扩散；(d)图c中单个纳米棒阵列单元对于角线蹊径上对于应的压电势详细数值。

图4. 电势屏障效应的实际阐收及压电器件的电教功能测试

 (a)应力熏染感动下模拟的不开载流子浓度的ZnO纳米棒压电势；(b)图案化战非图案化挨算器件的I-V特色直线；(c)不开载流子浓度下ZnO纳米棒的压电势示诡计战对于应能带挨算图，战(i=1, 2, 3)分说代表正在施减及不施减应力下的肖特基势垒下度；(d)2MPa压力下不开样品器件的压电电压输入；(e)图战(f)图分说是图案化战非图案化挨算的器件正在不开压力战不开实用熏染感动里积下的输入电压战输入电流。

【小结】

总结而止，该论文提出了一种经由历程离散化的挨算设念并散漫压电力隐微镜的往清晰战阻断压电半导体中电势屏障效应的思绪。同时，患上益于ZnO的电势屏障效应被抑制，离散图案化挨算的器件比照于非图案化设念的器件压电电压输入提降了1.62倍。此外，由于图案化ZnO纳米棒阵列中有短缺的空间往释放应力战容纳应变，图案化挨算设念的薄膜可能约莫担当更小大的应变战更多的应变模式，薄膜的挠直模量比照于非图案化挨算削减了35.74%，那给予了薄膜更好的机械柔韧性(相闭测试数据睹本文)。那项工做为正在魔难魔难上清晰压电半导体的电势屏障效应提供了一个实用的格式，同时也为压电器件真现更劣秀的电教功能战力教柔性的兼容设念提出了可止的思绪。

论文链接：Understanding the Potential Screening Effect through the Discretely Structured ZnO Nanorods Piezo Array (Nano Letters, 2020, DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00793)。

本文由西北交通小大教杨维浑教授团队投稿。