【摘要】：氧化鋅(ZnO)作為寬禁帶半導(dǎo)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(yīng)用前景。研究其在光的作用下體內(nèi)載流子的產(chǎn)生與復(fù)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(jìn)行定量化,并討論了Cu(CH_3COO)_2包覆及燒結(jié)溫度對光生電子的存儲、光響應(yīng)與弛豫階段載流子復(fù)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(jié)果表明ZnO納米棒陣列膜具有顯著的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)。基于電流的物理定義,對光電流時域曲線的光響應(yīng)和弛豫階段分別積分,定義了光響應(yīng)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(jìn)行Cu(CH_3COO)_2包覆,將純ZnO與包覆后ZnO在不同溫度下燒結(jié),研究包覆與燒結(jié)溫度對ZnO納米棒陣列膜存儲電荷的影響。結(jié)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(fù)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(jié)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(qiáng)。最后從ZnO基納米棒陣列膜的光電流時域曲線得到暗電導(dǎo)、飽和光電導(dǎo),同時進(jìn)行指數(shù)擬合,再結(jié)合微觀測試結(jié)果與能帶理論,提出ZnO納米棒中載流子復(fù)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(guān),快過程為載流子通過V_O~(2+)、V_O~+、V~-_(Zn)等復(fù)合中心復(fù)合;光照后電子激發(fā)到V_O~+、V_O~(2+)中,使陷阱中心增多,復(fù)合中心減少,導(dǎo)致弛豫階段更多電子通過慢過程復(fù)合;Cu_(Zn)在響應(yīng)階段是陷阱中心,參與慢過程復(fù)合,而在弛豫階段是復(fù)合中心,參與快過程復(fù)合。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 陷阱效應(yīng)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(fù)到平衡態(tài)的弛豫的復(fù)合過程。設(shè)只存在單組復(fù)合中心，，而且光生載流子濃度遠(yuǎn)小 ， ， 電子空穴濃度， ， 分別對于空穴的復(fù)合中心密或為已經(jīng)捕獲了電子的復(fù)合中心密度和捕獲了空穴

到光電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)（或達(dá)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(shè)存在單組復(fù)合阱與導(dǎo)帶間不斷交換電子，空穴陷阱與價帶間不斷導(dǎo)帶和價帶中能級占領(lǐng)相差一個玻爾茲曼因子，即 = ( ) = ( ) 為導(dǎo)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(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304

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本文編號：2617737