Nanostructured ZnO Arrays Fabricated via Pulsed Electrodeposition and Coated with Ag Nanoparticles for Ultraviolet Photosensors

Abstract

Nanostructured one-dimensional (1-D) ZnO arrays fabricated via pulsed electrodeposition and coated with Ag nanoparticles are researched with the aim of their using in the ultraviolet (UV) photosensors. The results of the crystal structure investigations showed that the pulsed electrodeposited zinc oxide arrays are polycrystalline in nature and matching with hexagonal wurtzite modification of ZnO. To enhance its UV photosensitivity, the silver nanoparticles (AgNPs) with different shape and an average size of 60 nm, as well as 300-500 nm long Ag nanorods with ~30 nm diameter, are precipitated mainly on the (002), (101) and (100) ZnO planes. Study of electrical properties and electronic parameters of the 1-D ZnO and Ag/ZnO nanocomposites using a current-voltage and capacity-voltage characteristics identified the important role of the high double Schottky barriers at the ZnO intergrain boundaries for the creation of great UV photosensitivity. It is proved that through monitoring the amount of AgNPs on the ZnO surface the electrical properties and electronic parameters of the Ag/ZnO nanocomposites, and consequently, the output parameters of the UV photosensors can be controlled.

Исследованы наноструктурированные одномерные (1-D) массивы ZnO, изготовленные импульсным электроосаждением и покрытые наночастицами Ag, с целью использования их в ультрафиолетовых (УФ) фотосенсорах. Результаты исследования кристаллической структуры показали, что массивы оксида цинка, электроосажденные в импульсном режиме, поликристаллические и соответствуют ZnO гексагональной модификации вюрцит. Для увеличения УФ фоточувствительности были осаждены как серебряные наночастицы (AgНЧ) различной формы и размером в среднем 60 нм, так и наностержни Ag длиной 300-500 нм и диаметром ~30 нм преимущественно на плоскостях ZnO (002), (101) и (100). Изучение электрических свойств и электронных параметров 1-D ZnO и нанокомпозитов Ag/ZnO с использованием вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик позволило определить важную роль высоких двойных барьеров Шоттки на межзеренных границах ZnO для создания высокой УФ фоточувствительности. Доказано, что посредством регулирования количества AgНЧ на поверхности ZnO можно контролировать электрические свойства и электронные параметры нанокомпозитов Ag/ZnO и, соответственно, выходные параметры УФ фотосенсоров.

Досліджені наноструктуровані одновимірні (1-D) масиви ZnO, виготовлені імпульсним електроосадженням і вкриті наночастинками Ag, з метою їх використання в ультрафіолетових (УФ) фотосенсорах. Результати дослідження кристалічної структури показали, що масиви оксиду цинку, електроосадженні в імпульсному режимі, полікристалічні і відповідають ZnO гексагональної модифікації вюрцит. Для збільшення УФ фоточутливості були осаджені як срібні наночастинки (AgНЧ) різної форми і розміром в середньому 60 нм, так і нанострижні Ag довжиною 300-500 нм і діаметром ~30 нм переважно на площинах ZnO (002), (101) та (100). Вивчення електричних властивостей і електронних параметрів (1-D) ZnO і нанокомпозитів Ag/ZnO, з використанням вольт-амперних і вольт-фарадних характеристик, дозволило визначити важливу роль високих подвійних бар’єрів Шоттки на міжзеренних межах ZnO для створення високої УФ фоточутливості. Доказано, що шляхом регулювання кількості AgНЧ на поверхні ZnO можна контролювати електричні властивості і електронні параметри нанокомпозитів Ag/ZnO і, відповідно, вихідні параметри УФ фотосенсорів.