基于無機半導體納米材料的柔性光電子器件,以其獨特的延展性、高品質性和形狀可變性,在電子皮膚、可延展的無機發(fā)光二極管、柔性顯示器、柔性太陽能電池以及可穿戴電子傳感器等領域具有廣泛的應用前景,已然成為新一代半導體光電器件的重點研究方向,能夠極大地滿足社會信息智能化發(fā)展和現(xiàn)代生活對高品質光電子產(chǎn)品的需求。ZnO半導體納米材料擁有較寬帶隙、較高激子束縛能、低電阻率、在可見光區(qū)光學透過率高、紫外光下產(chǎn)生大量電子-空穴對等一系列的優(yōu)異物理化學性能,被認為是最有希望替代氧化銦錫(In_2O_3:Sn,ITO)的一種透明導電氧化物,在光電子器件領域表現(xiàn)出巨大的應用潛力,如納米發(fā)電機、紫外光探測器和激光器等。然而,本征ZnO晶體內(nèi)部可以自由移動的載流子較少,導電性能較差,不能滿足高品質ZnO基光電子器件的要求,嚴重制約了其發(fā)展。通常,將容易實現(xiàn)的n型摻雜元素(B,Al,Ge,Si,F等)引入ZnO晶格中來形成雜質半導體,進一步提高ZnO納米結構的電子-光學性能。柔性電子器件與傳統(tǒng)光電子器件最本質的區(qū)別在于利用柔性生長基底取代剛性基底。聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)雖然在可見光范圍內(nèi)擁有較高的透過率和較大的耐熱度,但是直接在單一的PET襯底上制備ZnO納米結構容易引發(fā)晶格失配與熱失配等問題,不利于ZnO晶體的生長。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題,還可以發(fā)揮緩沖層的作用,增強ZnO納米結構與襯底的結合,促進界面處電子的傳輸,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作為生長基底,采用離子濺射技術輔助的水熱法在柔性襯底上制備多形貌的ZnO納米結構,系統(tǒng)地分析了工藝-結構-性能之間的關系,探索不同形貌納米ZnO結構的生長機制,討論Al-ZnO/PET–GR、B-ZnO/PET–ITO和Au/B-ZnO/PET–GR等多級復合結構的光電、電化學和光催化性能,主要的研究內(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復合結構。研究結果表明,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合結構的電化學性能,9%Al-ZnO/PET–GR異質結的光生電流密度和電極內(nèi)阻分別達到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異質結具有明顯的整流特性,二極管的正向開啟電壓為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,復合結構的電流輸運機制。以B-ZnO/PET–ITO為光催化劑進行光催化降解實驗,得到復合結構的最大降解率為41.45%,并對其能帶結構進行分析。光生電流和電化學阻抗譜的測量結果表明,B原子的摻入能夠促進光生電子-空穴對的分離,增強復合結構的光催化活性。(3)制備基于Au等離激元的Au/B-ZnO/PET–GR復合結構,研究其在光催化劑和超級電容器電極中的應用。B原子的適量摻入能夠有效提高復合結構的光催化性能,Au/3%B-ZnO/PET–GR最大降解率達到38.11%,其光催化降解RhB的反應動力學方程為ln(C_0/C)=-0.0052 t+0.00034。利用能帶結構和等離激元光催化理論,分析了復合結構的光催化機理。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合電極的光催化和電化學性能。
【學位單位】：陜西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ132.41;TB383.1
【部分圖文】：

1.1 引言隨著數(shù)字信息化、電器智能化時代的不斷發(fā)展和進步，人們的日常生活同通訊和信息之間的關系日益緊密，現(xiàn)代生活對高品質半導體光電子產(chǎn)品的需求越來越大，用以滿足人們對柔性可穿戴電子設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體器件今后發(fā)展的必然趨勢。近年來，柔性電子集成技術“以迅雷不及掩耳之勢”快速發(fā)展，已然成為光電子器件制備技術中一顆耀眼的“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、微納米技術和柔性化技術三者的有機統(tǒng)一，可以開發(fā)出功能更多、性能更強、應用更廣的柔性光電子器件，可被廣泛地應用于智能機器人、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，惠普實驗室與亞利桑那州立大學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 論柔性半導體光電子器件。1.2 ZnO 的性能與應用1.2.1 ZnO 的晶體結構隨著 ZnO 晶體所處環(huán)境條件的不同，其存在三種不同的晶體結構：均屬于四方晶系的立方巖鹽結構和立方閃鋅礦結構以及屬于六方晶系的六角纖鋅礦結構，其原子結構示意圖如圖 1-2 所示。由于在常溫常壓下，六角纖鋅礦結構的 ZnO 晶體相對于其他兩種不同構型的 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)定的六角纖鋅礦結構的形式存在。而如若 ZnO 晶體以立方巖鹽和立方閃鋅礦結構的形式出現(xiàn)，則需要一定的較為苛刻的環(huán)境條件。巖鹽結構的 ZnO 需要在高壓的環(huán)境（9GPa）下才能獲得，而閃鋅礦結構的 ZnO 只能在立方結構的襯底上生長才能穩(wěn)定存在。

陜西理工大學碩士學位論文出 n 型電導特性，而且其電導率不斷增大，他們認為這得益的 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 的甲醇溶液為生長溶液，利用溶膠-凝膠技術制備出現(xiàn)紫光（395 nm）、綠光（524 nm）和藍光（450 nm）三 薄膜，并分析得到 ZnO 薄膜的紫光和藍綠光發(fā)射帶分別來源于與本征點缺陷 VO相關的淺施主-淺受主對的復合。
【參考文獻】

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1 錢鑫;蘇萌;李風煜;宋延林;;柔性可穿戴電子傳感器研究進展[J];化學學報;2016年07期

2 王麗軍;孫義清;李劍;王小平;;電子束蒸發(fā)制備織構狀納米ZnO∶Al及其光電性能研究[J];功能材料;2015年21期

3 李旺;朱登華;劉石勇;劉路;王仕鵬;黃海燕;楊德仁;牛新偉;杜國平;;基于柔性玻璃襯底ZnO∶B薄膜的非晶硅太陽能電池的制備及其光電性能研究[J];人工晶體學報;2015年08期

4 王延峰;張曉丹;黃茜;楊富;孟旭東;宋慶功;趙穎;;B摻雜ZnO透明導電薄膜的實驗及理論研究[J];物理學報;2013年24期

5 劉漢法;類成新;張化福;;濺射壓強對柔性PET襯底ZnO薄膜性能的影響[J];光電子.激光;2012年04期

6 馬淑芳;許并社;;Growth Habit of Polar Crystal ZnO by Solid-vapor Method[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2011年01期

7 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

8 吳建鋒;張敏;徐曉虹;劉孟;方斌正;;ZnO微晶晶面與其光催化性能的關系(英文)[J];硅酸鹽學報;2009年06期

9 王中林;;壓電式納米發(fā)電機的原理和潛在應用[J];物理;2006年11期

10 宋國利,孫凱霞;納米ZnO薄膜的光致發(fā)光性質[J];光子學報;2005年04期

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4 楊姝;溶劑熱法合成硫化鋅和摻雜納米晶[D];天津大學;2008年

本文編號：2868537