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利用蕭基特特性(Schottky effect)製備出高性能感測器

改寫自科學網
美國喬治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）王中林(Zhong Lin Wang)教授領導的研究小組最近利用蕭基特特性(Schottky effect)製備出高性能感測器——紫外光感測器和生物感測器。與傳統的基於歐姆接觸的感測器相比，這些感測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。這一發現為感測器的進一步發展提出了一個重要的新思路。
 
傳統的感測器依賴奈米線的表面效應（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，奈米線需要非常小，從而其表面效應能夠顯著。同時研究人員採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，這也導致相應的感測器反應時間和恢復時間較長，甚至在100秒以上，這也嚴重地限制了感測器的應用。
 
王中林教授領導的小組深入分析比較了蕭基特(Schottky)接觸和歐姆接觸的原理和特點，提出了蕭基特(Schottky)接觸也可以用於構造感測器，而且其性能可以更好。基於這一想法，他們成功研製出紫外光感測器和生物感測器，其結果分別發表于《應用物理快報》（Applied Physics Letters, 2009, 94, 191103）和《先進材料》（Advanced Materials, 2009, 21, online）。這一新型紫外光感測器不僅靈敏，其反應時間和恢復時間也有了質的飛躍。採用同樣氧化鋅奈米線但兩端是歐姆接觸的感測器在開關紫外光後恢復時間長達417秒，而基於蕭基特(Schottky)的感測器僅僅0.8秒。利用高分子進行表面修飾後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，採用同樣氧化鋅奈米線但兩端是歐姆接觸的感測器對生物分子沒有明顯回應。改用蕭基特(Schottky)後，感測器不僅有顯著的回應，並且回應和恢復非常迅速。對於生物分子傳感，其靈敏度提高了三到四個數量級，並能有效區分出所帶電荷的正負。
 
這些新型感測器的優異性能歸功於蕭基特(Schottky)接觸。蕭基特勢壘(Schottky Barrier)和介面附近的內建電場對電流的傳輸起到關鍵作用，而奈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）可以直接影響蕭基特勢壘(Schottky Barrier)和介面附近的內建電場。這一變化可以比表面效應更為顯著地調製通過感測器的電流，從而提高了器件的靈敏度。蕭基特勢壘(Schottky Barrier)和內建電場的變化和對電流的調製可以在極短的時間內完成，所以這一新型感測器擁有了基於歐姆接觸的感測器無可比擬的反應和恢復時間。（來源：科學網）

Applied Physics Letters原文論文
Gigantic enhancement in response and reset time of ZnO UV nanosensor by utilizing Schottky contact and surface functionalization
Appl. Phys. Lett. 94, 191103 (2009); doi:10.1063/1.3133358
Published 11 May 2009
Jun Zhou,1,2 Yudong Gu,1,3 Youfan Hu,1 Wenjie Mai,1 Ping-Hung Yeh,1 Gang Bao,2 Ashok K. Sood,4 Dennis L. Polla,5 and Zhong Lin Wang1
1School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332, USA
2Department of Biomedical Engineering, Emory University, Atlanta, Georgia 30332, USA
3Department of Advanced Materials and Nanotechnology, College of Engineering, Peking University, 100084 Beijing, China
4Magnolia Optical Technologies, Inc., 52-B Cummings Park, Woburn, Massachusetts 01801, USA
5DARPA/MTO, 3701 North Fairfax Dr., Arlington, Virginia 22203-1714, USA

Advanced Materials原文論文
Fabrication of a High-Brightness Blue-Light-Emitting Diode Using a ZnO-Nanowire Array Grown on p-GaN Thin Film
Adv. Mater. 2009, 21, 2767–2770
DOI: 10.1002/adma.200802686
Xiao-Mei Zhang 1 2, Ming-Yen Lu 2 3, Yue Zhang 1 *, Lih-J. Chen 3, Zhong Lin Wang 2 *
1Department of Materials Physics and Chemistry State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 (PR China)
2School of Materials Science and Engineering Georgia Institute of Technology Atlanta, Georgia 30332-0245, (USA)
3Department of Materials Science and Engineering National Tsing Hua University Hsinchu, Taiwan 30043, (ROC)
email: Yue Zhang (yuezhang@ustb.edu.cn) Zhong Lin Wang (zhong.wang@mse.gatech.edu)

*Correspondence to Yue Zhang, Department of Materials Physics and Chemistry State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 (PR China).

王中林在GeorgiaTech的研究室Nano Research Group

蕭基特勢壘(Schottky Barrier)
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蕭基特勢壘(Schottky Barrier)是指具有整流特性的金屬-半導體接面，就如同二極體具有整流特性。蕭基特勢壘(Schottky Barrier)相較於PN接面最大的區別在於具有較低的接面電壓，以及在金屬端具有相當薄的(幾乎不存在)空乏區寬度。

並非所有的金屬-半導體接面都是具有整流特性的，不具有整流特性的金屬-半導體接面則稱為歐姆接觸。整流屬性決定於金屬的功函、固有半導體的能隙，以及半導體的摻雜類型及濃度。在設計半導體器件時需要對肖特基效應相當熟悉，以確保不會在需要歐姆接觸的地方意外地產生蕭基特勢壘(Schottky Barrier)。

優點

由於蕭基特勢壘(Schottky Barrier)具有較低的接面電壓，可被應用在某器件需要近似於一個理想二極體的地方。在電路設計中，它們也同時與一般的二極體及電晶體一起使用, 其主要的功能是利用其較低的接面電壓來保護電路上的其它器件。

然而，自始至終肖特基器件相較於其它半導體器件來說能被應用的領域並不廣。

元件

蕭基特勢壘(Schottky Barrier)自身作為元件即為蕭基特二極體(Schottky Diode)。

蕭基特勢壘(Schottky Barrier)碳奈米管場效應電晶體FET：金屬和碳奈米管之間的接觸並不理想所以層錯導致蕭基特勢壘(Schottky Barrier)，所以我們可以使用這一勢壘來製作蕭基特二極體或者電晶體等等。