Doped Zinc Oxide Nanostructures

התקנים חד-חמצני (ZnO) צמח כאחד החומרים הנלמדים ביותר בתופעות ננו-נונוטכנולוגיה. כמו מוליכים למחצה רחבים רחבים עם עיגול טמפרטורה בחדר של 3.37 eV ואנרגיה גדולה של חלקיקים כימיים מחייבים של 60 meV, ZnO יש שילוב ייחודי של תכונות חשמליות, אופטיות ומדומות שהופכות אותו אטרקטיבי מאוד עבור מגוון רחב של יישומים זעירים של ספקטרום, כולל ZOsterreics, כולל אפקטים חדשים של חומרים אלה, כולל Zvoln.

(הופנה מהדף תלמוד ב') "המכשירים המעשיים של ZnO nanostructures" הוא ההתנהלות החשמלית שלהם.פריסטין, ללא ספק ZnO נוטה להיות בעל מוליכות חשמלית נמוכה יחסית בשל ריכוז נושא נמוך (בדרך כלל על מנת 10FLT:016FLT:1–10Fאפקטיבי:217FLT 3FLT3 LT) ו-DIRSTORE (מעודכן) באמצעות מספר אטומים מתקדמים של אלקטרו-FIRSTEROLIVE)

החלקים הבאים מספקים בדיקה מקיפה של איך doping משפיע על מוליכות חשמלית של ZnO nanostructures. אנו מתחילים עם עקרונות היסוד של ZnO ו doping, ולאחר מכן סקר את ה dopants העיקריים ואת ההשפעות שלהם, לחקור מנגנוני התנהגות, לתאר טכניקות אפיון, ולסיים עם יישומים מרכזיים אתגרים עתידיים.

תוצאות של ZNO ו- Doping

מבנה קריסטל ו- Native Defects

[ה]ההתנהגות העיקרית במבנה הווירטוט (קבוצת החלל PIR6FLT:0303303FLT:1mc) עם פרמטרים של lattice = 0.325 nm ו c=0.521 nm. במבנה זה, כל ZnFLT:2+FLT 3 ion הוא teratedally מתואם על ידי 4Falures:2 LT2;

עקרונות של Doping

(הופנה מהדף ZN או O אתרים עם אטומים בלתי אפשריים (עבור N-type doping, אלמנטים מקבוצה III של השולחן המחזורי (אל, Ga, In) משמשים בדרך כלל להחליף אטומי ZN 3, אלה cvalents לתרום אחד אלקטרונים נוספים עבור NEPD (Opn) באופן בלתי מוגבל (D2Fal) ל-NUM) כדי להיות משוחררים (D2Fate) באופן בלתי מוגבל ל-Opate) עבור LT2 (Opate) באופן קבוע: DVate) באופן כללי, כולל: D2FD2FD2.

למה ננו-בניות?

השימוש של ננו-בניות מגביר את ההשפעות של מינון בכמה דרכים. ראשית, אזור פני השטח הגבוה יכול להגדיל את יעילות שילוב של דופינטים במהלך סינתזה.שני, גבולות דגנים ופני השטח בסרטים ננומטריים יכולים לפעול כמו מרכזי פיזור נוספים או מלכודות מטען, המשפיעים על מוליכות כוללת.

שיטות סינתזה עבור Doped ZnO Nanostructures

הביצועים החשמליים של ZnO nanostructures מקושרים באופן אינטימי לשיטת הסינתזה, הקובעת את הפצת הדונט, קריסטליות, מורפולוגיה וריכוז פגם.

Sol-Gel and Solution Process

(השיטות של Sol-gel משמשות רבות עבור הפיקה סרטים דקים ולהפקת ננו-מפוזרים.A. asource פתרון המכיל אבץ או ניטראט יחד עם מלח הדונט (למשל, ניטראט אלומיניום) הוא הידרוליזד, condensted, ולאחר מכן anealed. Sol-gel מציע שליטה רבה והיקף, אך התוצאה של סרטים המכילים לעתים קרובות מינים אורגניים ודרושים 103Falatortsolation:

המונחים: hydrothermal and Chemical Bath Deposition

סינתזת הידרותרמית מתאימה במיוחד לייצור מערך ZnO nanowires תואמים על תת-שכבות שונות. Doping מושגת על ידי הוספת מלחים דונט לפתרון הצמיחה. שיטה זו מניבה מבנים ספקוט גבוה עם גבישים טובים וניתן לבצע בטמפרטורות נמוכות יחסית (< ° C).

שלב Vapor (CVD, PVD)

⁇ כימי (CVD) וטכניקות של נפיחות פיזית (PVD), כולל sputtering ו- הדופקd לייזר deposition (PLD), משמשים בדרך כלל כדי לגדול באיכות גבוהה אפימיסאלי או פוליקריסטלליין. Co-sputtering מ- ZnO יעד מתכתי מאפשר שליטה מדויקת על רמת doping אלה בדרך כלל לייצר סרטים נמוכים: 0x-FD.

Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)

MOCVD מספק דיוק שכבתי אטומי ולעתים קרובות מועסק עבור סרטים דקים באיכות המכשיר.זה שימושי במיוחד עבור לימוד ההשפעות הבסיסיות של doping כי הוא מצמצם זיהום לא מכוון. אספקת אבק גבוה ובשר מבוקר מאפשר פרופילים דו-תזונה מאוד ניתן חידוש.

הבחירה של שיטת הסינתזה צריכה להיות מונחה על ידי יישום היעד: שיטות פתרון הן בעלות יעילה עבור ציפויים גדולים, בעוד שיטות שלב vapor מועדות כאשר ניידות גבוהה והתנגדות נמוכה הם מכריע.לא משנה השיטה, לאחר הדבקה בצמצום או אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט

השפעות על סוג Dopant ו ריכוז

אלומיניום (AZO)

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גליום דופינג (GZO)

(גאליום הוא תורם יעיל נוסף, רדיוס ionic שלו (0.62 ⁇ ) קרוב יותר לזה של Zn מאשר Al הוא, וכתוצאה מכך פחות מינוף של מינוף מינוף (L) יש פעילות נמוכה יותר עם חמצן, אשר מפחית את היווצרות של GaFillos התנגדות התנגדות התנגדות התנגדות התנגדות התנגדות התנגדות התנגדות של 3 מעלות צלזיוס) גבוה יותר מאשר 2 LT2FLT:2FLT3 .

Indium Doping (IZO)

Indium הוא פחות נפוץ כמו dopant עבור ZnO בגלל העלות הגבוהה שלה ואת רדיוס Ionic גדול (0.80 ⁇ ), אשר יכול לגרום זנים lice משמעותי, עם זאת, ב-doped ZnO (IZO) משמש לעתים כמו שלב חלופי ל- indium tin tin oxide (ITO) עבור אלקטרודות מוליכים שקוף.

דופנטים אחרים ושות'

כמה מרכיבים אחרים נחקרו על מנת לשנות את התכונות החשמליות של ZnO nanostructures. Magnesium (Mg) doping מרחיב את ה-Sgap ומדכא את להקת ההנעה, אשר יכול להיות שימושי בהתקני היטור, אבל Mg הואovalent ולא תרם ישירות ספקים. cobalt (Co) ו- ניקל (Ni) לעשות תכונות מגנטיות ולשנות את המבנה האלקטרוני עבור שיטות הפעלה, אם כי לעתים קרובות.

התפקיד של Doping Concentration

(היחסים בין ריכוז דונט לבין מוליכות אינם מונוטוניים.ברמות מינון נמוכות, ריכוז המוביל עולה באופן יחסי עם שילוב דונוטי, וההתנהגותיות עולה.הניידות בתחילה נותרה גבוהה כי מושגים דונט הם דיים ופיזור של ריכוז חומרים מלוטשים ומגבלות דגנים.

ביצוע מכניזם ב Doped ZnO Nanostructures

תחבורה וניידות

קידוד מוליכות חשמלית ניתן על ידי ⁇ = n e μ, שבו n הוא ריכוז המוביל, e הוא המטען היסודי, ו μ הוא הניידות האלקטרונית. in doped ZnO, אלקטרונים המוליכים בעיקר לעבור בלהקת המוליכים, אשר נגזר מ Zn 4s מסלולים מוגבל על ידי מספר תהליכים מפוזרים: lcephoning (in פיזור גבוה), טמפרטורות ננוטיות קטנות (במקרה של פיזור), וטמפרטורות נמוכות).

גרלין Boundaries

סרטי פוליקריסטלין ZnO מורכבים מסטלים קטנים רבים (גרינים) מופרדים על ידי גבולות דגנים.גבולות אלה מכילים צפיפות גבוהה של מלכודות מדינות שיכולות ללכוד אלקטרונים חופשיים, יצירת מחסום פוטנציאלי המעכב תנועת ספקים בין דגנים.הניידות האפקטיבית מופחתת כך.הגובה מחסום דגנים תלוי בצפיפות של מטען לכודים ויכול להיות מופחת על ידי הגדלת ריכוז, כי יותר אלקטרונים למלא את המלכודות (אפקטים) במלכודות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, עלולות, אך ורקמות, עלולות, אך ורקמות, אך ורקמות, עלולות, אך ורקמות, עלולות, עלולות, עלולות, אך ורקמות, אך ורק כדי להפחית את רמת הזיהומים, אך ורקמות, אך ורק לאחר מכן, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, עלולות להפחית את רמת הזיהומים ב" (אך, אך ורקמות, אך ורק לאחר מכן, עם זאת, עלולות להגביר את רמת הזיהומים גבוהים יותר, עם זאת, עלולות להגביר את רמת הזיהומים "מחסומי לחץ גבוה יותר, עלולות להגביר את רמת הזיהומים "מחץ גבוה יותר, אך ורקמות" (אך, אך

טמפרטורה תלות

מוליכות של doped ZnO nanostructures בדרך כלל מציג התנהגות חצי-מוליכים: זה עולה עם טמפרטורה במשטר הטמפרטורה הנמוך-זמנית שבו תחבורה נושאת נשלטת על ידי כריתת או פליטה תרמית על מחסומים גבול דגנים. בטמפרטורות גבוהות יותר, phonon מפוזרת להפחית את הניידות, ואת מוליכות יכול להגיע לשיא או רמה. עבור דגימות דופדות קשות (דנגסטרוכות למחצה), הטמפרטורה החלשה בתוך טווח ריכוז מסוים, הוא כמעט מול תופעות לוואי, כמעט, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, ותפקוד קבוע, כמעט, כמעט, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זה כמעט מול תופעות לוואי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זה יכול לעמוד מול תופעות מתכתי, 000, 000, 000 קבוע, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 נטייה, 000 נטייה התנהגות בתוך טווח מתכתי, 000.

תוצאות של ננו-Specific

ב nanowires, הגבלת רדיו יכולה לשנות את צפיפות של מדינות ואת ההקרנה של זיהומים. חלק מחקרים מדווחים על ניידות מוגברת nanowires בהשוואה לסרטים דקים עקב פיזור הגבול דגנים מופחת.עם זאת, תופעות של הפלה פני השטח להיות חשוב חוטים דק מאוד (דמטר < 100 nm) כי המדינות הפנים יכול למקם את רמת פרמי וליצור שכבת depletion כי להפחית את ההתנהלות יעילה לעבור את הצפיפות יכול להיות בשימוש על ידי דו-ידי דובד.

אופי ומדידה של יעילות חשמלית

מדידה מדויקת של מוליכות חשמלית של doped ZnO nanostructures דורש שיקול זהיר של הגיאומטריה המדגם ואת איכות מגע.

  • (ב) (ב) [15],4-Point Probe Method:FLT1 משמש לסרטים דקים ומעטפות גדולות (ארבעה col ליניארי) נמצאים על פני השטח המדגם; זרם עובר דרך שתי המבחנים החיצוניים, והמתח נמדד בין שני הראשונים.
  • (FLT:0) אפקט אפקט מדידה: FLT:1ir משלב שדה מגנטי זרם כדי לקבוע את ריכוז המוביל, ניידות, וסוג (n או p) שיטת ואן דר Pauw משמש לעתים קרובות עבור צורות דגימות שרירותיות. מדידת הול הם חיוני להבנת התרומות נפרדות של n ו μ כדי מוליכות. עבור דגימות התנהגותיות מאוד, הכנה זהירה (מגעים טובים אומיים) הוא קריטי.
  • שיטת קו טרנסימציה (TLM): TLM:FirLT:1 שימשה כדי לחלץ את ההתנגדות ליצירת קשר והתנגדות גיליון של סרטים מעוצבים, במיוחד עבור שילוב מכשירים.
  • (FLT:0)Conductive Atomic Force Microscopy (c-AFM): LT:1 מספק מדידות מקומיות של מוליכות ב nanoscale, חושף הומוגניות ב- doped nanostructures כגון וריאציות גרגר-to-grain או dopant קיבוץ.

אתגרים למדידה כוללים היווצרות של מגעים הומיים אמינים ל- ZnO (חסמים קטנים של שאטקי), ההשפעה של מודעות פני השטח (מים, חמצן) שיכולה לשנות את מוליכות פני השטח, ואת הצורך לקחת בחשבון עבור תכונות אנזוטרופיות ב nanostructures מוכווני.זה מומלץ לבצע מדידות בסביבה מבוקרת (למשל, ואקום או גז) ולאחר מכן צעד כמו אנמפרלינג.

תגיות Doped ZnO Nanostructures

Transuding Electrodes

סרטי ZNO, במיוחד AZO ו- GZO, הם מועמדים מובילים להחליף את תחמוצת הפחמן (ITO) בתצוגה שטוחה, מסך מגע, ותאים פוטו-וולטאיים. כי Zn ואל הם בשפע וזול, AZO מציע חלופה יעילה עלות-תועלת (2018) דרישות המפתח הן עמידות נמוכה (FLT:0 85%).

חיישנים גז

חיישנים המבוססים על ZnO פועלים על העיקרון של אפקט צ'ריגסטיבי: המודעות של מולקולות גז היעד (למשל, HIRFLT:02FLT:1, NOFLT:203033FLT 3, NHFLT:43FLT:5) משנה את שכבת הניקוד של נושאת ליד פני השטח, ובכך התנהגות מוגברת של 2, 000 מעלות צלזיוס, שיפור משמעותי יותר, כך גם שיפור הרגישות של 2.

תצלום: UV Photodetectors

רגישות גבוהה של ZnO לאור אולטרה סגול עושה את זה אידיאלי עבור photodetectors UV. Doping יכול לשפר את מהירות התגובה ולהפחית אפקטים ויזואליות מתמשכת. Ga-do ZnO שימש כדי לייצר מתכת-semiconductor-metal (MSM) photodetectors עם responsponsivity גבוהה (0.1 / W) ועלייה מהירה (10s).

⁇ סרטים (TFTs)

(ד) ,ד"ד זנו, משמש כשכבת ערוצים ב-Fish-film Transistors, אשר הם אבני בניין עבור אלקטרוניקה שקוף. A מתון doping ריכוז (כדי להשיג ריכוז נושא של 10173FLT:0173FLT:1-1003):218FLT 3:218FLT 3: 3 LT:4-3FIRRE:5) נדרש כדי להשיג יחס מתאים ו-FLT2.

יישומים אחרים

מכשירים Piezoelectric, חיישני גל אקוסטי, ציפויים נגד השתקפות גם ליהנות מ doped ZnO nanostructures. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, כמה אתגרים נשארים. ראשון, השגת מינון אמין ויציב של p-type יהיה לפתוח ZnO עבור מכשירים דו קוטביים כגון דיודות אור ו diodes לייזר. â-type doping ניסיונות באמצעות חנקן או זרחן אטומי לסבול ממיקרו-עוצמה נמוכה והערכה עצמית.2, יציבות לטווח ארוך של AZo-GZO תחת חנקן או הסתברות גבוהה במיוחד âbsp; הוא ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢

כיוונים עתידיים כוללים את הפיתוח של מודלים למידת מכונה לחזות תנאים אופטימליים, חקר של 2D ZnO אנלוגיה (למשל, ZnO גרפן היברידיs), ואת שילוב של doped ZnO nanostructures עם תת-סטריט גמיש עבור אלקטרוניקה לביש.בנוסף, co-doping ו Superlattice מבנים עשויים להציע מסלולים כדי להשיג במקביל ניידות גבוהה וריכוז גבוה.

מסקנה

מינון הוא כלי רב עוצמה להתאים את מוליכות החשמל של nanostructures תחמוצת אבץ. על ידי בחירת dopant המתאים (אל, Ga, In, או אחרים) ולשלוט בדיוק את הריכוז שלה, צפיפות נושא, ניידות, והתנגדות כללית ניתן להנדס על פני טווח רחב.הצורה הננודור מציגה מוליכים נוספים - אפקטים פני השטח, גבולות דגנים, ומגבלות - זה חייב להיות אחראי על ידי טכנולוגיות קידודים אלה הם שיפור האלקטרוניקה.