【摘要】：ZnO作為一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料,其在室溫下的禁帶寬度為3.37 eV,激子束縛能高達(dá)60 meV,是繼GaN后第三代半導(dǎo)體材料的又一代表,其優(yōu)越的電子傳輸和光學(xué)性質(zhì),使其成為光發(fā)射器件的理想候選材料之一。相比于ZnO的其他結(jié)構(gòu),ZnO量子點具有制備過程簡單可控、波長可調(diào)以及高量子產(chǎn)率等優(yōu)勢,在諸多領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。ZnO量子點的發(fā)光波長除了與尺寸相關(guān),還與其缺陷種類和數(shù)量相關(guān)。通過控制合成條件,獲得了尺寸可控,光學(xué)性質(zhì)良好且較為穩(wěn)定的ZnO量子點,實現(xiàn)了對ZnO量子點紫外區(qū)和可見區(qū)發(fā)光的連續(xù)可調(diào)。本論文以ZnO量子點的紫外光發(fā)射器件和白光發(fā)射器件的設(shè)計和開發(fā)為主要研究內(nèi)容,通過優(yōu)化ZnO量子點的合成條件,構(gòu)建了光發(fā)射器件,實現(xiàn)了ZnO量子點基光發(fā)射器件效率的改善和發(fā)光波長的調(diào)控。具體研究工作如下:利用溶膠-凝膠法制備得到ZnO量子點,通過改變合成條件實現(xiàn)對量子點發(fā)光波段的調(diào)控,具體研究了制備條件(改變反應(yīng)濃度,反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度)對ZnO量子點發(fā)光波段的影響并表征了其光學(xué)性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,為了增強ZnO量子點的紫外發(fā)光效率,引入了碳量子點作為表面等離激元增強光發(fā)射材料。ZnO量子點的紫外光致發(fā)光在引入了碳量子點之后獲得了極大的增強;同時構(gòu)建了ZnO量子點/Al_2O_3/p-GaN以及ZnO量子點@碳點/Al_2O_3/p-GaN兩個器件進行比對研究,發(fā)現(xiàn)在引入碳點后,LED的紫外發(fā)光效率也獲得了較大的增強。另一方面,ZnO量子點可以通過改變合成條件獲得較為強烈的黃光發(fā)射。利用這一特性,構(gòu)建了ZnO量子點/p-GaN及ZnO量子點/Al_2O_3/p-GaN兩個發(fā)光器件。研究表明,在加入了Al_2O_3作為電子阻擋層后,提高了ZnO量子點載流子的復(fù)合幾率,同時獲得了來自于p-GaN的藍(lán)光及ZnO量子點的黃光相結(jié)合而形成的白光發(fā)射。
[Abstract]:As a wide bandgap semiconductor material, ZnO has a band gap of 3.37 EV at room temperature and an exciton binding energy of up to 60 MEV. It is another representative of the third generation semiconductor material after GaN. It has excellent electron transport and optical properties. It is one of the ideal candidate materials for optical emission devices. Compared with other ZnO quantum dots, ZnO quantum dots have the advantages of simple and controllable preparation, tunable wavelength and high quantum yield. It is also related to the type and quantity of defects. By controlling the synthesis conditions, the ZnO quantum dots with controllable size, good optical properties and relatively stable optical properties are obtained. The continuous tunable luminescence in the ultraviolet and visible regions of ZnO quantum dots is realized. In this thesis, the design and development of ultraviolet emission devices and white light emitting devices of ZnO quantum dots are studied. The optical emission devices are constructed by optimizing the synthesis conditions of ZnO quantum dots. The improvement of the efficiency and the regulation of the luminescence wavelength of the ZnO QDs based optical emission device are realized. The main work is as follows: ZnO quantum dots were prepared by sol-gel method. The luminescent band of quantum dots was regulated by changing the synthesis conditions. The preparation conditions (changing the reaction concentration) were studied in detail. The effects of reaction time and reaction temperature on the photoluminescence band of ZnO quantum dots were investigated and their optical properties were characterized. On this basis, in order to enhance the UV luminescence efficiency of ZnO quantum dots, the UV photoluminescence of the surface isobaric enhanced photoluminescence material, .ZnO quantum dots, was greatly enhanced by the introduction of carbon quantum dots. At the same time, we have constructed ZnO quantum dots / Alsworth _ 2O _ 3 / p-GaN and ZnO quantum dots @ C _ 2O _ 3 / p-GaN to compare the two devices. It is found that the UV luminescence efficiency of ZnO / Al2O3 / p-GaN is also greatly enhanced after the introduction of carbon dots. On the other hand, ZnO quantum dots can obtain strong yellow light emission by changing the synthesis conditions. Based on this characteristic, two photoluminescence devices, ZnO quantum dots / p-GaN and ZnO quantum dots / Al2Os / p-GaN devices are constructed. The results show that the recombination probability of ZnO QDs is improved with the addition of Al_2O_3 as an electron barrier layer, and the white light emission is obtained from the combination of blue light from p-GaN and yellow light from ZnO QDs.
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN304

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本文編號：2150013