【摘要】：氧化鋅(ZnO)作為寬禁帶半導體材料在光探測、光催化、太陽能電池等光電器件具有廣闊應用前景。研究其在光的作用下體內(nèi)載流子的產(chǎn)生與復合過程對提高這些器件性能有重大意義。本文以ZnO基納米棒陣列膜的光電流時域曲線為主要研究對象,對光生電子的存儲進行定量化,并討論了Cu(CH_3COO)_2包覆及燒結溫度對光生電子的存儲、光響應與弛豫階段載流子復合的影響。本文首先采用水熱法合成ZnO納米棒陣列膜,光電流測試結果表明ZnO納米棒陣列膜具有顯著的持續(xù)光電導效應。基于電流的物理定義,對光電流時域曲線的光響應和弛豫階段分別積分,定義了光響應階段單位電壓獲得的電荷量、弛豫階段單位電壓存儲的電荷量以及電荷存儲效率三個重要特征值。接著對ZnO納米棒進行Cu(CH_3COO)_2包覆,將純ZnO與包覆后ZnO在不同溫度下燒結,研究包覆與燒結溫度對ZnO納米棒陣列膜存儲電荷的影響。結果表明純ZnO納米棒陣列膜電荷存儲效率隨溫度升高而減小,包覆后ZnO納米棒陣列膜存在大量表面態(tài),Cu~(2+)成功取代ZnO中的Zn~(2+)形成受主型缺陷Cu_(Zn),因此包覆后ZnO的單位電壓獲得與存儲的電荷均減小。Cu_(Zn)在弛豫階段作為復合中心會減小載流子壽命,從而使ZnO納米棒存儲載流子效率降低。但升高燒結溫度會降低納米棒表面態(tài),因此包覆后ZnO納米棒陣列膜存儲載流子的能力隨溫度升高而增強。最后從ZnO基納米棒陣列膜的光電流時域曲線得到暗電導、飽和光電導,同時進行指數(shù)擬合,再結合微觀測試結果與能帶理論,提出ZnO納米棒中載流子復合存在快慢兩個過程,慢過程與陷阱中心V_O~0捕獲電子的過程有關,快過程為載流子通過V_O~(2+)、V_O~+、V~-_(Zn)等復合中心復合;光照后電子激發(fā)到V_O~+、V_O~(2+)中,使陷阱中心增多,復合中心減少,導致弛豫階段更多電子通過慢過程復合;Cu_(Zn)在響應階段是陷阱中心,參與慢過程復合,而在弛豫階段是復合中心,參與快過程復合。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 陷阱效應越顯著，而空穴陷阱則與此相反。相對于通子來說，被陷阱中心捕獲的載流子必須重新激發(fā)到阱的存在會大大增加非平衡態(tài)恢復到平衡態(tài)的弛豫的復合過程。設只存在單組復合中心，，而且光生載流子濃度遠小 ， ， 電子空穴濃度， ， 分別對于空穴的復合中心密或為已經(jīng)捕獲了電子的復合中心密度和捕獲了空穴

到光電流達到穩(wěn)態(tài)（或達到 0.5 穩(wěn)態(tài)值）所需的時間態(tài)值同一分值所需的時間。未考慮陷阱中心的作用，如圖 1.2 假設存在單組復合阱與導帶間不斷交換電子，空穴陷阱與價帶間不斷導帶和價帶中能級占領相差一個玻爾茲曼因子，即 = ( ) = ( ) 為導帶和價帶中的有效態(tài)密度； 、 分別為電子為電子、空穴陷阱能級； 、 分別為電子空穴陷阱
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN304

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本文編號：2617737