發(fā)布時間：2020-07-28 12:29

【摘要】：ZnO是典型且重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料,激子束縛能60meV,E_g=3.37eV,遠(yuǎn)比室溫激活能(26meV)、ZnS(40meV)以及GaN(25meV)高出許多,是室溫下實(shí)現(xiàn)紫外激子型發(fā)光器件的首選材料。但ZnO納米材料非常容易引入表面態(tài),將俘獲載流子并引發(fā)非輻射復(fù)合,給材料的光電性質(zhì)帶來非常不利的影響。這種因表面態(tài)引起的光電性能退化在比表面積大的ZnO納米材料中尤為突出。研究表明,表面異質(zhì)結(jié)包覆是有效的消除表面態(tài)方式,而采用Ar+對ZnO納米線轟擊、ZnS殼層包覆等方式可人為地引入束縛能級,觀察到光電性質(zhì)改善的現(xiàn)象。但前期的研究大多關(guān)注如何消除束縛態(tài),并未深入研究束縛態(tài)對材料和器件性能的影響。本文主要深入研究束縛態(tài),關(guān)注不同束縛態(tài)對ZnO結(jié)構(gòu)和器件發(fā)光性質(zhì)的影響,利用束縛態(tài)調(diào)控技術(shù)改善ZnO納米器件性能進(jìn)行了研究,取得了以下成果:1、獲得較佳的束縛態(tài)引入方式利用水熱合成的方法制備出晶體質(zhì)量較好的ZnO納米線。采用化學(xué)水浴沉積法包覆ZnS納米殼層實(shí)現(xiàn)對ZnO納米線束縛態(tài)的引入,引入的束縛能高達(dá)50meV,觀察到紫外發(fā)光增強(qiáng)2倍、缺陷發(fā)光被抑制的現(xiàn)象。2、實(shí)現(xiàn)束縛態(tài)調(diào)控改善ZnO結(jié)構(gòu)發(fā)光采用熱退火的手段可以對化學(xué)水浴沉積法制備的ZnO/ZnS核殼納米結(jié)構(gòu)界面的原子進(jìn)行重新排布,對界面進(jìn)行優(yōu)化,引起了束縛態(tài)典型熒光現(xiàn)象的改變,實(shí)現(xiàn)對束縛態(tài)的調(diào)控;但隨機(jī)引入的束縛態(tài)并不能完全地被利用增強(qiáng)ZnO納米結(jié)構(gòu)的紫外發(fā)光,而是在適當(dāng)?shù)臈l件下才有助于材料光學(xué)性能的提升,其中束縛態(tài)調(diào)控下最好的ZnO納米結(jié)構(gòu)紫外發(fā)光增強(qiáng)了3倍。3、調(diào)控束縛態(tài)改善ZnO發(fā)光器件光電特性利用化學(xué)水浴沉積法引入不同覆蓋度的ZnS納米顆粒包覆的ZnO納米結(jié)構(gòu),得到了不同束縛態(tài)下的ZnO/ZnS納米線@p-GaN異質(zhì)結(jié)光電二極管(LED)器件結(jié)構(gòu)。光致發(fā)光光譜(PL)和電致發(fā)光光譜(EL)的結(jié)果表明,不同ZnS納米顆粒覆蓋的ZnO納米結(jié)構(gòu)發(fā)光增強(qiáng)情況不同,器件出光效率被極大改善,紫外380nm附近的發(fā)光從無到有,器件性能最高增強(qiáng)了8倍,實(shí)現(xiàn)調(diào)控束縛態(tài)改善ZnO發(fā)光器件光電特性的目的。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN304;TB383.1
【圖文】：

-1ZnO的三種晶體結(jié)構(gòu)，(a)纖鋅礦結(jié)構(gòu)；(b)閃鋅礦結(jié)構(gòu)；(c)巖鹽礦結(jié)構(gòu)

圖 1.2-2 氧化鋅的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)[7]；ZnO 的晶體結(jié)構(gòu)的兩個視圖。左：垂直于 c 軸的透視圖。上端為鋅終端(0001)面，底面為氧端接(0001_)。右圖：鋅終端(0001)平面上沿 c 軸的視圖[4]ZnO 薄膜具有 c 軸擇優(yōu)生長的特點(diǎn)，沿 c 軸的 Zn-O(dZn-O=0.190nm)距離稍比其他三_

圖 1.2-3 ZnO 材料中常見的幾種本征點(diǎn)缺陷，在 ZnO 中存在氧空位(VO)、間隙氧(Oi)、反位氧(即氧位鋅 ZnO)等的施主性質(zhì)的本征缺陷，以及受的形成能成正比，而氧空位 VO形成能無論是在富的濃度往往都很大；而填隙 Zn和氧位鋅 Zn的形

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2772882