研究目的
采用简便的原子层沉积法制备径向ZnSe-CdS纳米异质结,并研究其光电特性在光电探测器和光伏器件中的应用。
研究成果
ALD方法成功制备了具有优异光电性能的径向ZnSe-CdS纳米异质结,包括作为自供电光电探测器的高灵敏度以及0.96%效率的光伏特性。该方法简化了纳米异质结的制备过程,在先进光电器件领域展现出应用前景。
研究不足
CdS壳层的多晶结构可能导致载流子复合,从而限制光伏性能。该光电探测器的响应时间相对较慢(约5.6秒)。硫与镉的原子比例失衡,未来工作中可对此进行优化。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用原子层沉积(ALD)技术制备径向纳米异质结,因其能制备厚度可控、均匀且共形的薄膜。p型ZnSe纳米线通过热蒸发法合成,并利用ALD沉积CdS壳层。
2:样品选择与数据来源:
p型ZnSe纳米线由ZnSe和磷粉末合成。样品通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)进行形貌、结构和成分分析。
3:实验设备与材料清单:
设备包括用于热蒸发的管式炉、ALD系统(剑桥纳米科技Savannah 100 & 200)、场发射扫描电镜(FEI SIRION 200 FEG)、高分辨透射电镜(JEOL JEM-2010)、X射线衍射仪(Rigaku D/Max-Rb)和半导体特性分析系统(Keithley 4200-SCS)。材料包括ZnSe粉末(Aldrich,99.99%)、磷粉末(Aladdin,99.99%)、二甲基镉(Nata,99.9999%)、硫代乙酰胺(Sigma-Aldrich,99.0%)、氮气、带金膜的硅衬底、钛和金电极材料、稀盐酸蚀刻液以及用于照明的蓝/紫激光(70 mWcm^{-2})。
4:0)、场发射扫描电镜(FEI SIRION 200 FEG)、高分辨透射电镜(JEOL JEM-2010)、X射线衍射仪(Rigaku D/Max-Rb)和半导体特性分析系统(Keithley 4200-SCS)。材料包括ZnSe粉末(Aldrich,99%)、磷粉末(Aladdin,99%)、二甲基镉(Nata,9999%)、硫代乙酰胺(Sigma-Aldrich,0%)、氮气、带金膜的硅衬底、钛和金电极材料、稀盐酸蚀刻液以及用于照明的蓝/紫激光(70 mWcm^{-2})。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:p型ZnSe纳米线通过热蒸发法合成。ALD用于控制循环次数沉积CdS壳层。器件通过光刻、电子束蒸发、溅射和湿法蚀刻制备。光电测量在黑暗和光照条件下进行。
5:数据分析方法:
电学特性通过Keithley 4200-SCS分析。响应度、增益、探测率和功率转换效率等参数通过标准公式从电流-电压和电流-时间曲线计算得出。
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FESEM
SIRION 200 FEG
FEI
Characterization of morphologies of nanowires and nano-heterojunctions.
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HRTEM
JEM-2010
JEOL
High-resolution transmission electron microscopy for structural analysis.
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XRD
D/Max-Rb
Rigaku
X-ray diffraction for phase identification.
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Semiconductor characterization system
4200-SCS
Keithley
Measurement of electrical and optoelectronic properties.
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ALD system
Savannah 100 & 200
Cambridge NanoTech Inc.
Used for atomic layer deposition of CdS thin films on ZnSe nanowires.
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Blue/violet laser
Light source for optoelectronic measurements.
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ZnSe powder
Aldrich
Source material for synthesizing ZnSe nanowires.
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Phosphorus powder
Aladdin
p-type dopant for ZnSe nanowires.
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Cd(CH3)2
Nata
Precursor for CdS deposition in ALD.
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CH3CSNH2
Sigma-Aldrich
Precursor for CdS deposition in ALD.
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