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程纲教授课题组在Nano Energy上发表摩擦纳米发电表面离子栅光电器件的系列研究成果 -

时间:2019-11-13 16:12:07  

表面离子调控技术的结构示意图和工作原理示意图

我校特种功能材料教育部重点实验室程纲教授课题组一直从事自驱动光电纳米器件方面的研究,最近在基于摩擦纳米发电机的表面离子栅调控方面取得了系列研究进展,相关成果分别于2019年4月7日和2019年5月10日在纳米和能源领域的顶级期刊Nano Energy(IF=13.120)上发表。

通过栅极电压调控载流子传输特性是发展电子和光电器件的重要策略。传统的栅极调控技术通常应用于固体/半导体或液体/半导体界面,但对于许多实际应用中,半导体材料直接暴露于气态气氛中,传统的调控技术不能有效地利用气体离子来调控半导体载流子传输特性。因此,开发气体/半导体界面中的新型栅极调制技术在发展新型高性能光电器件方面具有重要意义。

最近,程纲教授课题组基于摩擦纳米发电机驱动的气体放电现象,发展了一种“表面离子栅”调控技术,使放电过程中产生的气体离子吸附在半导体表面作为浮动栅极来调控半导体的光电传输特性。研究表明,该技术可以应用在一维纳米线、二维单层薄膜等多种半导体体系的调控中,并发展了多种新型的光电器件,展现出广阔的应用前景。

表面离子栅调控技术可以有效调控一维半导体光电器件的肖特基势垒高度和电学传输特性,使ZnO纳米线肖特基势垒紫外光检测的恢复时间从87 s降低到0.3 s,成为在空气、氧气、氮气等不同的环境中实现高灵敏、快速紫外光检测的普适方法。这为研究表面态产生和弛豫的动态过程、发展高性能光电纳米器件提供了新的研究思路和技术手段。该工作“The high-speed ultraviolet photodetector of ZnO nanowire Schottky barrier based on the triboelectric-nanogenerator-powered surface-ionic-gate”在国际著名刊物Nano Energy(2019, 60, 680-688)上发表。博士生杨锋是论文的第一作者,程纲教授和杜祖亮教授是论文的共同通讯作者。

网址链接: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.04.015

另外,程纲课题组研究了表面离子栅调控技术在二维半导体光电器件方面的应用,发展了单层MoS2的新型晶体管和光电探测器,获得104的电流开关比,并使光电流的恢复时间从6.64 s降低到74 ms。该技术可以实时、原位地调控二维材料的电传输特性和表面能带结构,这为发展新型二维电子和光电器件提供了新的思路。该工作“The Novel Transistor and Photodetector of Monolayer MoS2 Based on Surface-Ionic-Gate Modulation Powered by a Triboelectric Nanogenerator”在国际著名刊物Nano Energy(2019, 62, 38-45)上发表。博士生赵磊是论文的第一作者,程纲教授和杜祖亮教授是论文的共同通讯作者。

网址链接: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.05.012

以上研究工作受到国家自然科学基金委优秀青年科学基金、教育部创新团队、河南大学杰出青年培育基金、河南大学特区人才支持计划等经费的资助。

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