連續雷射控制納米焊接製備金屬——半導體納線異質結

氧化鋅(ZnO)納米線是一種具有寬直接帶隙(~3.37eV)、高激子束縛能(~60meV)的半導體納米材料,在光電子領域具有重要的應用前景。ZnO納米線和金屬結合可形成各種新型半導體-金屬納米異質結,從而使基於半導體-金屬異質結的納米電子器件成為可能。但由於材料熔點不同,如何實現半導體納米線和金屬的完美結合,仍是當前納米電子學領域的一個具有挑戰性的課題。

連續激光控制納米焊接製備金屬——半導體納線異質結

浙江大學光電科學與工程學院李強教授研究團隊發明了一種相對簡單的連續激光控制納米連接製備金屬-半導體納線異質結的新技術。該技術採用波長532 nm的連續激光照射ZnO納米線,利用表面等離激元增強光熱效應來實現ZnO納米線與金屬(銀納米線、金電極)的充分焊接,從而實現金屬-半導體納線異質結。儘管ZnO納米線和銀納米線的熔點溫度相差約為1000 K,但當ZnO納米線在銀納米線的上方時,兩種納米線由於具有不同的溫度分佈因而可以同時熔化,從而獲得優秀的焊接質量。通過ZnO-Au、Ag-Au、ZnO-Ag-Au和Ag-ZnO-Au等不同納米材料的成功熔接,他們製備了多種由肖特基結和歐姆結組成的納米電子器件。通過測量器件的電流-電壓特性曲線推斷出,ZnO-Au異質結表現出肖特基勢壘行為,而 ZnO-Ag異質結則更傾向於歐姆接觸。當施加的偏置電壓為40V時,實驗製備的單個肖特基結和背對背肖特基結的最大電流分別為42 μA和7 μA。這種不同納米材料間的光熱納米焊接技術為實現基於異質結構的電子納米器件開闢了新的道路。


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