基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米材料的柔性光電子器件,以其獨(dú)特的延展性、高品質(zhì)性和形狀可變性,在電子皮膚、可延展的無(wú)機(jī)發(fā)光二極管、柔性顯示器、柔性太陽(yáng)能電池以及可穿戴電子傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,已然成為新一代半導(dǎo)體光電器件的重點(diǎn)研究方向,能夠極大地滿足社會(huì)信息智能化發(fā)展和現(xiàn)代生活對(duì)高品質(zhì)光電子產(chǎn)品的需求。ZnO半導(dǎo)體納米材料擁有較寬帶隙、較高激子束縛能、低電阻率、在可見(jiàn)光區(qū)光學(xué)透過(guò)率高、紫外光下產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)等一系列的優(yōu)異物理化學(xué)性能,被認(rèn)為是最有希望替代氧化銦錫(In_2O_3:Sn,ITO)的一種透明導(dǎo)電氧化物,在光電子器件領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,如納米發(fā)電機(jī)、紫外光探測(cè)器和激光器等。然而,本征ZnO晶體內(nèi)部可以自由移動(dòng)的載流子較少,導(dǎo)電性能較差,不能滿足高品質(zhì)ZnO基光電子器件的要求,嚴(yán)重制約了其發(fā)展。通常,將容易實(shí)現(xiàn)的n型摻雜元素(B,Al,Ge,Si,F等)引入ZnO晶格中來(lái)形成雜質(zhì)半導(dǎo)體,進(jìn)一步提高ZnO納米結(jié)構(gòu)的電子-光學(xué)性能。柔性電子器件與傳統(tǒng)光電子器件最本質(zhì)的區(qū)別在于利用柔性生長(zhǎng)基底取代剛性基底。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)雖然在可見(jiàn)光范圍內(nèi)擁有較高的透過(guò)率和較大的耐熱度,但是直接在單一的PET襯底上制備ZnO納米結(jié)構(gòu)容易引發(fā)晶格失配與熱失配等問(wèn)題,不利于ZnO晶體的生長(zhǎng)。ITO或石墨烯(GR)涂覆的PET雙層膜(PET–ITO或PET–GR)不僅可以有效地減緩上述問(wèn)題,還可以發(fā)揮緩沖層的作用,增強(qiáng)ZnO納米結(jié)構(gòu)與襯底的結(jié)合,促進(jìn)界面處電子的傳輸,為電荷傳遞提供“快速通道”,是良好的柔性襯底材料。本文先后以PET–ITO和PET–GR作為生長(zhǎng)基底,采用離子濺射技術(shù)輔助的水熱法在柔性襯底上制備多形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu),系統(tǒng)地分析了工藝-結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系,探索不同形貌納米ZnO結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制,討論Al-ZnO/PET–GR、B-ZnO/PET–ITO和Au/B-ZnO/PET–GR等多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)的光電、電化學(xué)和光催化性能,主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)在PET–GR襯底上制備Al原子摻雜濃度分別為0%,3%,6%,9%,12%和15%的Al-ZnO/PET–GR復(fù)合結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明,Al原子是以氧化態(tài)的形式存在于Zn O晶格中,隨Al摻雜量的不斷增加,ZnO納米棒的直徑不斷增大,Al-ZnO/PET–GR的光致發(fā)光光譜出現(xiàn)明顯的紅移現(xiàn)象。Al-ZnO薄膜的最大遷移率高達(dá)154.109 cm~2V~(-1)s~(-1),電阻率最低為0.656Ω·cm。適量Al原子的摻入能夠有效提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能,9%Al-ZnO/PET–GR異質(zhì)結(jié)的光生電流密度和電極內(nèi)阻分別達(dá)到0.7μA/cm~2和7Ω。(2)利用水熱法在PET–ITO襯底上制備出B摻雜ZnO片層球。與純ZnO相比,B摻雜后ZnO的晶格常數(shù)增大,ZnO的形貌從納米棒演變成片層球。所制備的B-ZnO/PET–ITO異質(zhì)結(jié)具有明顯的整流特性,二極管的正向開(kāi)啟電壓為0.4 V。利用非線性擬合的方法,探討了在0~2 V的正向電壓作用下,復(fù)合結(jié)構(gòu)的電流輸運(yùn)機(jī)制。以B-ZnO/PET–ITO為光催化劑進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn),得到復(fù)合結(jié)構(gòu)的最大降解率為41.45%,并對(duì)其能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。光生電流和電化學(xué)阻抗譜的測(cè)量結(jié)果表明,B原子的摻入能夠促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離,增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化活性。(3)制備基于Au等離激元的Au/B-ZnO/PET–GR復(fù)合結(jié)構(gòu),研究其在光催化劑和超級(jí)電容器電極中的應(yīng)用。B原子的適量摻入能夠有效提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化性能,Au/3%B-ZnO/PET–GR最大降解率達(dá)到38.11%,其光催化降解RhB的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為ln(C_0/C)=-0.0052 t+0.00034。利用能帶結(jié)構(gòu)和等離激元光催化理論,分析了復(fù)合結(jié)構(gòu)的光催化機(jī)理。Au/3%B-ZnO/PET–GR電極的等效串聯(lián)電阻和最大比電容分別為3.1Ω和62.96 F/g,比電容保持率為31.23%,而3%B-ZnO/PET–GR和Au/3%B-ZnO/PET電極的比電容僅為60.89 F/g和49.27 F/g。不同襯底和附加金屬層均能影響復(fù)合電極的光催化和電化學(xué)性能。
【學(xué)位單位】：陜西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TQ132.41;TB383.1
【部分圖文】：

1.1 引言隨著數(shù)字信息化、電器智能化時(shí)代的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們的日常生活同通訊和信息之間的關(guān)系日益緊密，現(xiàn)代生活對(duì)高品質(zhì)半導(dǎo)體光電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，用以滿足人們對(duì)柔性可穿戴電子設(shè)備的追求以及非平面工作環(huán)境的需要。因而，新型智能化、低耗小型化、延展柔性化的光電子器件是半導(dǎo)體器件今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。近年來(lái)，柔性電子集成技術(shù)“以迅雷不及掩耳之勢(shì)”快速發(fā)展，已然成為光電子器件制備技術(shù)中一顆耀眼的“新星”，用以滿足光電器件在輕、薄、柔、耐沖擊等方面的更高要求。利用電子集成技術(shù)、微納米技術(shù)和柔性化技術(shù)三者的有機(jī)統(tǒng)一，可以開(kāi)發(fā)出功能更多、性能更強(qiáng)、應(yīng)用更廣的柔性光電子器件，可被廣泛地應(yīng)用于智能機(jī)器人、人造皮膚、柔性電池、柔性可穿戴能量收集器和柔性顯示器等[1-6]器件的研制中。例如，惠普實(shí)驗(yàn)室與亞利桑那州立大學(xué)共同推出的筆狀可卷曲電子顯示器（圖 1-1（a）），LG 柔性塑料電子紙顯示屏（圖 1-1（b））。

第 1 章 緒 論柔性半導(dǎo)體光電子器件。1.2 ZnO 的性能與應(yīng)用1.2.1 ZnO 的晶體結(jié)構(gòu)隨著 ZnO 晶體所處環(huán)境條件的不同，其存在三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：均屬于四方晶系的立方巖鹽結(jié)構(gòu)和立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)以及屬于六方晶系的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-2 所示。由于在常溫常壓下，六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的 ZnO 晶體相對(duì)于其他兩種不同構(gòu)型的 ZnO 晶體而言具有更小的內(nèi)聚能，因此在自然條件下，ZnO 更容易以最為穩(wěn)定的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的形式存在。而如若 ZnO 晶體以立方巖鹽和立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)，則需要一定的較為苛刻的環(huán)境條件。巖鹽結(jié)構(gòu)的 ZnO 需要在高壓的環(huán)境（9GPa）下才能獲得，而閃鋅礦結(jié)構(gòu)的 ZnO 只能在立方結(jié)構(gòu)的襯底上生長(zhǎng)才能穩(wěn)定存在。

陜西理工大學(xué)碩士學(xué)位論文出 n 型電導(dǎo)特性，而且其電導(dǎo)率不斷增大，他們認(rèn)為這得益的 VO和 Zni缺陷的存在以及這兩種缺陷含量的持續(xù)增大。)2和 NaOH 的甲醇溶液為生長(zhǎng)溶液，利用溶膠-凝膠技術(shù)制備出現(xiàn)紫光（395 nm）、綠光（524 nm）和藍(lán)光（450 nm）三 薄膜，并分析得到 ZnO 薄膜的紫光和藍(lán)綠光發(fā)射帶分別來(lái)源于與本征點(diǎn)缺陷 VO相關(guān)的淺施主-淺受主對(duì)的復(fù)合。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2868537