Doped çinko Oksit Nanoyapılarına Giriş

Çinko oksit (ZnO) 60 kişilik büyük bir elektrik, ZnO, nanobilim ve nanoteknolojide en yoğun olarak incelenmiş malzemelerden biri olarak ortaya çıktı.Bir oda sıcaklığı bandında, 337 eV ve büyük bir eksiltme, x ve kozmetik ürünlerde, nano-yapımların çeşitli boyutları için oldukça çekici olan nano-parçacıklı yüzeyler için, ZnO özellikle de çok daha inceler için kullanılan.

ZnO nanoyapılarının pratik faydalarını yöneten kritik bir faktör, elektrik iletkenliğidir. Pristine, cm-3) ve orta elektron hareketliliği (tipik olarak 10 °T:016) ile kontrol edilen miktarlar arasında, ZnO latti - birkaç inçlik işlemi dahil olmak üzere, birçok elektro iletkenlik işlemine göre oldukça düşük elektriksel iletkenliği kontrol edilebilir.

Aşağıdaki bölümler ZnO nanoyapıların elektrik iletkenliği üzerindeki etkilerini nasıl etkilediği konusunda kapsamlı bir inceleme sağlar. ZnO ve doping temel ilkeleriyle başlıyoruz, sonra büyük dopants ve etkilerini araştırın, davranış mekanizmaları, karakterizasyon tekniklerini tanımlar ve önemli uygulamalar ve gelecekteki zorluklarla sonuçlandık.

ZnO'nun temelleri ve Doping

Kristal Yapı ve Yerli Defects

ZnO kristalinzeler öncelikle wurtzite yapısında (uzay grubu P6[Dönetici:0)[Döneticileri) · 0,3 nm ve c = 0.521 nm. Bu yapıda, her Zn[Dönetici:2+[D) likitsiz, özellikle de normal oksijenli kusurların varlığı nedeniyle, özellikle de kesin olarak hassas olan dört O) tarafından koordine edilir.

Doping Prensleri

ZO veya ZO sitelerinin bir kısmını, ZO'nun sabit diski ile ilişkilendirir, çünkü x-düşüksüzlük tablosunun (Al, Ga, In) genellikle Zn tipi atomları değiştirmesi gerekir.

Nanoyapılar Neden?

Nanoyapıların kullanımı birkaç şekilde doping etkilerini basitleştirir. İlk olarak yüksek yüzey alanı sentez sırasında dopantsin ve yüzey durumlarının iyonizasyon verimliliğini artırabilir veya nano ölçekli filmlerin iyonizasyonlarını güçlendirebilir, ZnO nanoyapılarını öngörülebilir özellikleri ile etkileyebilir.

ZnO Nanoyapıları için Synthesis Yöntemleri

ZnO nanoyapılarının elektrik performansı, dopant dağıtımını, kristalliği, morfolojiyi ve kusur konsantrasyonunu belirleyen sentez yöntemiyle yakından bağlantılıdır: Birkaç teknik geliştirilmiştir:

Çözüldü ve Çözüm İşleme

Sol-gel yöntemleri, ince filmlerin depolanması ve nanopowders üretmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır.Dönemli veya nitrat içeren bir çözüm, dopant tuz ile birlikte (örneğin, alüminyumyum ve dopant aktivasyon) Hidrolyzed, Konsen AZO filmlerinin 10'dan fazla olması gerekir[Dönemli).

Hidrotermal ve Kimyasal Banyo Depozi

Hidrotermal sentez özellikle dikey olarak ZnO nanotel dizilerini çeşitli substratlarda üretmek için uygundur. Doping, dopant tuzları büyüme çözümüne eklenerek elde edilir. Bu yöntem iyi kristalite ile yüksek performanslı-ratio yapıları sağlar ve nispeten düşük sıcaklıklarda yapılabilir (< 200 °C).

Vapor Faz Deposition (CVD, PVD)

Kimyasal buhar (CVD) ve fiziksel buharlaştırma (PVD) teknikleri, sputtering ve puld lazer depozisyonu (PLD), yüksek kaliteli epit aksiyel veya polikristal filmlerin yetiştirilmesi için yaygın olarak kullanılır. Co-sputtering from a ZnO Target with a Metaler dopant Target allows correct control over the doping level.

MetalOrganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)

MOCVD atom katmanlı hassas sağlar ve genellikle cihaz kalitesi ince film için kullanılır. Özellikle dopingin temel etkilerini incelemek için yararlıdır, çünkü gereksiz yere kontrüksiyonu en aza indirir ve kontrollü teslimat öncülüğü çok kopyalanabilir doping profilleri sağlar.

sentez yönteminin seçimi hedef uygulama tarafından yönlendirilmelidir: çözüm yöntemleri büyük hacimli kaplamalar için uygun maliyetlidir, buhar faz yöntemleri yüksek hareketlilik ve düşük dirençlilik yöntemin ne olursa olsun, atmosferde ekinleme genellikle stabilizatörler ve yapısal hataları iyileştirmeye yardımcı olur.

Dopant Type ve Concentration

Alüminyum Doping (AZO)

Alüminyum Zn [Dönetici] için en yoğun şekilde incelenmiş durumda (Dörtücük) [Düzücükler) [Düzücükler, %2+[D) [Dörtücükler, 9/38|Düzücüler, 9-38|Döneticiler)

Gallium Doping (GZO)

Gallium başka bir etkili bağışçıdır. iyononik yarıçap (0.62 Å) Zn'in Al'dan daha yakın olması, daha az lattice demesinde ortaya çıkmaktadır. Ga, oksijenle daha düşük reaktiviteye sahiptir, bu da daha yüksek elektron hareketliliğini azaltır (daha yüksek elektronlu) )|D) ve daha iyi ısıtımı % 3 ila 5 – 5 – 8 arasında en iyi ısıtılır.

Indium Doping (IZO)

Indium, ZnO için bir dopant olarak daha az yaygındır, çünkü daha yüksek maliyet ve daha büyük iyonik yarı (0.80 Å), bu önemli lattice susuna neden olabilir.% 2, In-doped ZnO (IZO) bazen tin oksit (ITO) için alternatif olarak kullanılır.

Diğer Dopants ve Co-doping

Bazı diğer elementler, ZnO nanoyapıların elektrik özelliklerini değiştirmek için araştırılmıştır. Magnezyum (Mg) manyetik özellikleri tanıtmak ve devre dışık uygulamaları için elektronik yapıyı baskılar yapmak, ancak avcılık ve kabul edilebilir çiftleri ile birlikte yapmak veya hidrojen kullanmak gibi, aynı anda yük devre dışı bırakmak için elektronik yapıyı tekrarladılar.

Doping Concentration'ın Rolü

Dopant konsantrasyon ve iletkenlik arasındaki ilişki monoton değildir. Düşük doping seviyelerinde, taşıyıcı konsantrasyonu dopant dahil olmak üzere orantılı olarak yükselir ve iletkenlik yükselir.Hareketli geçişler başlangıçta yüksek kalır, çünkü dopant iyonları ve tahıl sınırlarına göre yüksektir.In dopant kompleksleri ve segregasyonlar bir eşiğin ötesine yükselir (tipik olarak ~2–3) Bu nedenle, yüksek çözünürlükte ısıtılır.

ZnO Nanoyapıları Dopede'de Mekanizmalar

Taşıyıcı Ulaşım ve Hareketlilik

Elektrik iletkenliği ⁇ = n e μ, n taşıyıcı konsantrasyonu nedir, e temel şarjdır ve μ, elektron hareketliliğidir.In doped ZnO, iletim elektronları öncelikle Zn 4s yörüngeleri ile elde edilir, ki bu da birkaç saçılım işlemi ile sınırlıdır: lattice phonon saçılma (sağlıklı yüksek sıcaklıklarda), iyonize edilmiş ZnO, iletimli (sağlıklı yüksek sıcaklıklarda)

Boundaries

Polykristal ZnO filmleri, çok yüksek doping seviyeleri ile sınırlı olan bir çok küçük kristalin (grains) tarafından ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrıklığa sahiptir.Bu sınırlar, serbest elektronları yakalayabilecek yüksek yoğunluklar içeriyor, taşıyıcı hareketi oluşturan potansiyel bir bariyer yaratır.

Sıcaklık Bağımlılığı

ZnO nanoyapıların iletkenliği genellikle yarı iletken bir davranış sergilemektedir: Düşük sıcaklık rejiminde taşıyıcı taşımacılığın, jeneratörün tahıl sınır bariyerleri üzerinde umutlu veya termal emisyonu olduğu sıcaklık azalır.Bu tür durumlarda, direnç azalır veya ısıtılabilir.

NanoyapıSpecific Effects

Nanotellerde, radial sınırlılık, devletlerin yoğunluğunu ve yetersizliklerin taramasını değiştirebilir. Bazı çalışmalar nanotellerde ince filmlere kıyasla ince filmlerde gelişmiş bir hareketlilik raporu, tahıl sınırının azaltılması nedeniyle kullanılabilir. Ancak, yüzey kesinti etkileri çok ince tellerde önemli hale gelir (diameter < 100 nm) çünkü yüzey durumları Fermi seviyesini ölçebilir ve etkili bir kesiti azaltabilecek bir kesinti katmanı yaratabilir.

Elektrik Davranışının Karakterizasyonu ve Ölçüleri

ZnO nanoyapılarının elektrik iletkenliğinin doğru ölçümü, örnek geometrinin ve iletişim kalitesinin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir: En yaygın teknikler şunlardır:

  • [Dörtüncü Sezon 2. Bölüm): [Dörtüncü Sezonlar ve Kabalar İçin Kullanılanlar: 0,4 ) Bu efekt, dışsal iki araştırma ile yapılır; şu anda, ve gerilim iç iki ile ölçülür.Bu efekt, çözünürlükte olan kablo direncini ortadan kaldırır.
  • [FONT:0)Hall Etkisi: [Dönetici:[Dönetici] Bir manyetik alan ve taşıyıcı konsantrasyonu, hareketliliği ve tipi (n veya p) belirlemek için mevcut olan bir manyetik alan birleştirir.
  • [FONTD:0)Transmission Line Yöntemi (TLM):), özellikle cihaz entegrasyonu için desenli filmlerin temas direncini ve sayfa direnişini çıkarmak için kullanılır.
  • [FONT:0)Conductive Atom Gücü Mikroscopy (c-AFM):[Dönetici: 0: 1) Nanoscale'de yerel iletkenlik ölçümlerini sağlar, tahıl-tograin varyasyonları veya kümeleme gibi nanoyapılarda ortaya çıkarır.

Ölçüm sorunları, yüksek oranda ZnO (düşük Schottky bariyerleri), yüzey adsorbatlarının (su, oksijen) etkisini ve yüzey iletkenliği ile ilgili nanoyapılarda hesaplanması gerekir.

Doped ZnO Nanoyapılarının Uygulamaları

Saç Saç Saç Saç Saç Saç Saç Saç Saç

ZnO filmlerini, özellikle AZO ve GZO, düz ekranlarda (ITO) yerine getirmeleri için lider adaylardır, dokunmatik ekranlarda ve fotovoltaik hücrelerde, Zn ve Al bol ve ucuzdur, AZO düşük bir alternatif sunar.[Dönetici:0% 85). Nanoyapılı ZnO filmleri de güneş hücrelerinde ışık tuzaklarını artırmak için dokulanabilir, çünkü Zn ve Al bol ve ucuzdur.[Döneticiler ve eller.[Dönemli).

Gaz Sensörleri

ZnO bazlı gaz sensörleri, sincaptik etki prensibi üzerinde çalışır: hedef gaz moleküllerinin adsorpsiyonu (örneğin, H)2), NH) yüzeydeki taşıyıcıyı devirme katmanını değiştirir, böylece iletkenliği artırmak için hassaslığı artırır.

UV Photodetectors

ZnO'nun UV fotodetktörleri için ideal hale gelmesi ve kalıcı fotokondüktör etkilerini azaltabilir. Ga-doped ZnO, metal-semiktör-metal (MSM) fotodetectors için ideal bir şekilde kullanılır (0.1 A/W) ve hızlı bir şekilde yükselebilir (~10 ns).

İnce Film Transistörler (TFTs)

ZnO, şeffaf ince film transistörlerinde kanal katmanı olarak hizmet eder, ki bu, şeffaf elektronik için bloklar inşa edilir. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Diğer Uygulamaları

Piezoelektrik cihazları, akustik dalga sensörleri ve antirefleksiyon kaplamaları da her uygulama için dikkatli olmalıdır. pastazoelektrik katsayısı doping tarafından etkilenebilir ve bazı durumlarda, doping, pastazoelektrik yanıtını artırmak için azaltılır.Bu nedenle, her uygulama için her uygulama için ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı olmalıdır.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Önemli ilerlemeye rağmen, birkaç zorluk kalır. İlk olarak, güvenilir ve istikrarlı p-tipleme elde etmek, ZnO'yu hafife alan diyotlar ve lazer diyotları gibi ikiyüzlülüklü cihazlar için açabilirdi.Mevcut p-tipler kullanılarak yapılan deneyler, azot veya fosforu kullanarak çalışır ve kendini teşvik eder.İkinci olarak, doping ve optik algılama tekniklerinin uzun süreli stabilitesi özellikle de önemlidir.

Future araştırma yolları, en iyi doping koşullarını tahmin etmek için makine öğrenme modellerinin gelişimini içerir, 2D ZnO analoglarının (örneğin, ZnO grafikene hibritler), ve dolanan ZnO nanoyapılarının aşınması için esnek substratlarla entegrasyonunu içerir. ek olarak, co-doping ve süperlattice yapıları aynı anda yüksek mobilite ve yüksek taşıyıcı konsantrasyonu elde etmek için yol sunabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Doping, çinko oksit nanoyapılarının elektrik iletkenliğini tertemiz etmek için güçlü bir araçtır. Uygun dopant (Al, Ga, In, or others) ve tam olarak konsantrasyonunu kontrol etmek, taşıyıcı yoğunluğu, hareketliliği ve genel direnç, şeffaf elektroniklerde mühendislere izin vermek, ve optoelektroniklere devam etmek için.