ZnO納米材料是一種具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的寬禁帶直接帶隙半導體材料。研究者們已經(jīng)制備出形態(tài)各異的ZnO納米材料,比如ZnO納米顆粒,ZnO納米線,ZnO納米帶和Zn O納米梳等。其中一維(1D)ZnO納米材料擁有諸多優(yōu)異特性,比如可以實現(xiàn)完美無晶界生長,直徑、長度大范圍可調(diào)控,比表面積較大,較強的機電耦合特性和優(yōu)異光學特性等。一、壓電-光電效應(Piezo-Photoelectric Effect)是近年來被開出來的基于半導體、壓電極化和光激發(fā)相耦合形成的全新物理效應,該效應可以大大提升半導體器件的光電性能。本論文利用化學水熱方法制備出具有較高結(jié)晶質(zhì)量的n型1D-ZnO納米棒,在柔性的Cu襯底上制備具有n型1D ZnO納米陣列/p-Cu_2O薄膜結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。同時將波長為405nm的GaN的LED芯片嵌入壓力傳感器中作為激發(fā)光源,制備出了基于壓電-光電效應增強的壓力傳感器,并系統(tǒng)地研究了該器件的輸出性能。LED芯片內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)設計將極大地減小器件尺寸并降低能耗和制造成本。該壓力探測器表現(xiàn)出明顯的整流特性,其反向擊穿電壓大于10V,在正向偏壓為3V時,輸出電流為1mA。在無光照環(huán)境下,當受到壓力作用后,器件的整流比I/I_0(SR)隨著壓力增加呈線性增加趨勢。該傳感器受到壓力作用時表現(xiàn)出了快速的響應/恢復特性。在同樣壓力作用下,當器件中LED芯片產(chǎn)生11.7mW/cm~2的激發(fā)光時,壓力傳感器的SR和靈敏度(I-I_0/I_0/ΔP)較無光照條件下分別提高了376%和918%。二、由于ZnO材料具有大量表面缺陷,在一定程度上破壞了其光學性質(zhì),其光致發(fā)光和電致發(fā)光中往往存在本征缺陷發(fā)光。為了提高1D-ZnO納米材料光學性能,本文利用半導體材料對1D-ZnO納米線表面進行鈍化,在1D-ZnO表面濺射不同種類的半導體材料形成核殼結(jié)構(gòu),探究表面鈍化技術(shù)對1D-ZnO納米線光學性質(zhì)的改善作用。通過對比包覆不同殼層材料(SnO,NiO和ZnO)的ZnO納米陣列與未處理的ZnO納米陣列的PL光譜,研究出表面鈍化對1D-ZnO納米陣列的發(fā)光性能的影響。ZnO/SnO核殼結(jié)構(gòu)與未處理的1D-ZnO納米陣列相比,ZnO納米陣列的紫外可見比提高3倍,且深能級發(fā)射峰隨著殼層厚度增加而逐漸減少,與未處理的1D-ZnO納米陣列相比,ZnO/NiO和ZnO/ZnO的核殼結(jié)構(gòu)在表面鈍化的效應下,紫外可見比分別提高了30%和70%。
【學位單位】：遼寧師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TQ132.41
【部分圖文】：

料是典型的纖鋅礦結(jié)構(gòu)材料，其納米家族成員十分豐富。出形態(tài)各異的ZnO納米材料，比如ZnO納米顆粒，ZnO納米梳等，其中一維（1D）-ZnO納米材料具有許多優(yōu)良特性，量生長，直徑和長度可大范圍可調(diào)控，比表面積較大，較米材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)米材料的結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)分別是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)以及巖原子與四個氧原子構(gòu)成的四面體排布的結(jié)構(gòu)形成的纖鋅礦是 a=0.325nm，c=0.52nm。ZnO 的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)如圖 1.1

遼寧師范大學碩士學位論文- 3 -圖1.2 壓光電效應原理及應用示意圖Fig.1.2 Schematic illustration principle and application photoelectric effect2010 年，張巖教授等人通過理論計算證明了壓光電效應增強的光探測器的可行性。2013 年 Zhang 等人使用 ZnO 和 CdS 材料制備出結(jié)構(gòu)為滾筒刷狀的紫外-可見光探測器。該器件對波長為 372nm，480nm，548nm 的光照均有相應。 當器件形變?yōu)?0.38%時，該器件響應度提高了 60%，光響應時間在～101s 左右。2015 年潘曹峰小組利用 SU-8 鈍化填充由 ZnO 納米陣列與 Au 形成的肖特基結(jié)構(gòu)制備出的陣列式紫外光探測器件，其響應時間達到～10-3s 左右，如圖 1.3 所示。

圖1.3 ZnO/CdS結(jié)構(gòu)光探測器Fig.1.3 Photo detector based on ZnO/CdS2015年北京科技大學的張躍教授研究組，在FTO玻璃上生長ZnO納米棒和Cu2O薄成PN結(jié)來制備紫外探測器，通過調(diào)節(jié)界面附近的能帶結(jié)構(gòu)提高器件性能同時響應時到～10-1s左右。2016年，大連理工大學銀冰等人基于ZnO/NiO的核殼結(jié)構(gòu)制備了紫測器，得到的實驗結(jié)論為該器件對于紫外光(365nm)有響應且在壓力條件下增加4%，響應時間為～100 s左右。.3 1D-ZnO 納米材料核殼結(jié)構(gòu)研究1D-ZnO 是一種直接帶隙且禁帶寬度比較大的半導體材料，在室溫環(huán)境中禁帶寬以達到 3.37eV、激子束縛能為 60meV，這些特性使得 1D-ZnO 納米材料在短波長光件領(lǐng)域中有廣泛的應用前景[15,16]。但是，通常 1D-ZnO 納米材料天然存在著大量表及相關(guān)缺陷，這嚴重限制其在光電器件領(lǐng)域的發(fā)展。為了提高 1D-ZnO 納米材料的性質(zhì)，研究者們通常采用高溫退火、等離子轟擊等方法對 ZnO 納米材料進行處理在一定程度上改善 1D-ZnO 納米材料的光學性能[17-23]。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 肖揚;;氧化鋅薄膜材料研究[J];山東工業(yè)技術(shù);2015年14期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 薛雅;p型ZnMgO薄膜器件相關(guān)性能研究和Ga摻雜ZnO薄膜表面處理[D];浙江大學;2013年

2 王紅軍;ZnO納米結(jié)構(gòu)及其器件研究[D];武漢大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 曾溢宇;基于ZnO納米線陣列的光電化學電池型自供能紫外探測器的制備和研究[D];浙江大學;2016年

本文編號：2870268