王中林小組制備出高性能傳感器
http://www.debgrams.com 2009-10-14 14:30
美國佐治亞理工學院（GeorgiaInstituteofTechnology）王中林教授領導的研究小組最近利用肖特基特性制備出高性能傳感器——紫外光傳感器和生物傳感器。與傳統的基于歐姆接觸的傳感器相比，這些傳感器不僅把靈敏度提高了幾個數量級，而且其反應時間和恢復時間也有數量級上的改善。這一發現為傳感器的進一步發展提出了一個重要的新思路。
傳統的傳感器依賴納米線的表面效應（側面）和氣體或生物分子在表面的吸附和解吸附過程。為了提高器件對光、化學氣體或生物分子的靈敏度，納米線需要非常小，從而其表面效應能夠顯著。同時研究人員采用歐姆接觸來降低接觸電阻的影響，從而進一步突出表面效應。另外，分子在表面的吸附和解吸附是一個相對較慢的過程，這也導致相應的傳感器反應時間和恢復時間較長，甚至在100秒以上，這也嚴重地限制了傳感器的應用。
王中林教授領導的小組深入分析比較了肖特基接觸和歐姆接觸的原理和特點，提出了肖特基接觸也可以用于構造傳感器，而且其性能可以更好。基于這一想法，他們成功研制出紫外光傳感器和生物傳感器，其結果分別發表于《應用物理快報》（AppliedPhysicsLetters,2009,94,191103）和《先進材料》（AdvancedMaterials,2009,21,online）。這一新型紫外光傳感器不僅靈敏，其反應時間和恢復時間也有了質的飛躍。采用同樣氧化鋅納米線但兩端是歐姆接觸的傳感器在開關紫外光后恢復時間長達417秒，而基于肖特基的傳感器僅僅0.8秒。利用高分子進行表面修飾后其恢復時間進一步縮短到0.02秒，從而達到了四個數量級的提高。與此相似，采用同樣氧化鋅納米線但兩端是歐姆接觸的傳感器對生物分子沒有明顯響應。改用肖特基后，傳感器不僅有顯著的響應，并且響應和恢復非常迅速。對于生物分子傳感，其靈敏度提高了三到四個數量級，并能有效區分出所帶電荷的正負。
這些新型傳感器的優異性能歸功于肖特基接觸。肖特基勢壘和界面附近的內建電場對電流的傳輸起到關鍵作用，而納米線主體和表面的影響則相對較弱。外界因素（紫外光或生物分子）可以直接影響肖特基勢壘和界面附近的內建電場。這一變化可以比表面效應更為顯著地調制通過傳感器的電流，從而提高了器件的靈敏度。肖特基勢壘和內建電場的變化和對電流的調制可以在極短的時間內完成，所以這一新型傳感器擁有了基于歐姆接觸的傳感器無可比擬的反應和恢復時間。
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