近日,中科院王中林院士和西安電子科技大學秦勇教授帶隊研究人員通過Zn(CHCOO與THAM合成ZnO雙納米片,通過射頻磁控濺射在SiO2/Si沉積了Cr/Au(5nm/60nm)層,然后在其上負載ZnO雙納米片,從而得到ZnO雙納米片壓電晶體管。此器件的壓電靈敏度可高達1448.08~1677.53meV/MPa,比先前報道的最高納米線基壓電晶體管高50倍左右,此外在紫外光輻射下,該器件的光電響應率可達1.45×104A·W-1。
圖一 ZnO雙納米片的表征及性能測試
(a-b)ZnO雙納米片的SEM圖像:(a)頂視圖,(b)側視圖,圖中的尺度大小為1mm;
(c)不同射頻頻率下,ZnO單納米片與雙納米片壓電系數圖;
(d)TNPT的結構示意圖;
(e)TNPT的能帶圖;
(f)不同的壓力下,TNPT的電壓vs.電流關系圖;
(g)反向偏置時,TNPT的電壓-電流關系圖;
(h)計算肖特基勢壘變化量隨壓力變化的關系曲線圖。
圖二TNPT的壓電性能測試
(a)偏置電壓為-1.5時,電流隨壓力的變化圖示;
(b)電流對數值vs.外加壓力的實驗值與擬合曲線;
(c)壓電電流vs.間隔外加壓力關系曲線,器件表現出非凡的靈敏度和施加壓力與電導之間的調制關系;
(d)在145s-165s時間段內,電流與負載壓力的相應變化圖。
圖三 TNPT的三維有限元模擬計算
(a)有限元模擬為0.001壓縮應變下,傳統納米線/棒基壓電晶體管示意圖;
(b)不同的外加應力下,傳統納米線/棒基壓電晶體管電流壓vs.與電壓流曲線,插圖為施加外力前后,器件的能帶變化示意圖;
(c)有限元模擬為0.001壓縮應變下,TNPT結構示意圖;
(d)不同的負載壓力下,TNPT電流vs.電壓曲線圖,插圖為施加外力前后,ZnO雙納米片壓電晶體管的能帶變化示意圖。
圖四不同的外加應力下,TNPT的光響應性能測試
(a)恒定光照條件下,不同的壓力對應的源-漏伏安特性;
(b-c)TNPT的光敏性和光響應性與施加壓力間的函數關系曲線;
(d)紫外輻照下,TNPT的能帶圖譜,以及TNPT增強模式的工作機理,ΦB代表肖特基勢壘。
研究人員通過成功制備ZnO雙納米片材料,然后將其負載在蒸鍍有Cr/Au層的SiO2/Si基片上,由于ZnO納米片獨特的鏡面對稱結構及優異的壓電性能,能夠有效地降低肖特基勢壘,直接將機械刺激轉化為電學信號。測試結果顯示,此ZnO雙納米片壓電晶體管的壓電靈敏度可高達1448.08~1677.53meV/MPa,其性能遠遠優于目前所報道的納米線/棒基壓電晶體管,其在諸多領域都有很好的發展光景。
資料來源:材料?!?/span>
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