本文關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體納米線組裝與氧化鋅納米線隨機(jī)激光器，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半導(dǎo)體納米線作為典型的一維功能材料,以其特異的性質(zhì)將在半導(dǎo)體光電子學(xué)研究領(lǐng)域占據(jù)重要地位。以ZnO材料為例,它具有極大的激子結(jié)合能(60 meV)和優(yōu)異的光電特性,是在室溫下實(shí)現(xiàn)高效、低閾值紫外激光器的理想材料。對(duì)納米線而言存在一個(gè)材料組裝的問題,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定向排列與集成的納米線陣列是獲得可靠器件性能的基礎(chǔ)。本論文重點(diǎn)對(duì)納米線材料的組裝方法和ZnO納米線隨機(jī)激光器進(jìn)行了研究和探索。我們發(fā)展了一個(gè)通用的圖形化方法,獲得了功能襯底并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模定向排列的納米線陣列;研究了ZnO納米線電浦隨機(jī)激光器,分別實(shí)現(xiàn)了基于p-n結(jié)結(jié)構(gòu)和肖特基結(jié)構(gòu)的隨機(jī)激光器件。大規(guī)模納米線陣列的實(shí)現(xiàn)有利于納米線器件的制備,新的器件結(jié)構(gòu)也為微型半導(dǎo)體激光器的發(fā)展提供了新方向,對(duì)于納米線器件應(yīng)用有重要意義。本文取得的創(chuàng)新結(jié)果如下：(1)提出一個(gè)利用激光干涉實(shí)現(xiàn)自組裝單分子膜圖形化的方法,制備了具有親疏水性差異的功能襯底,并獲得了大規(guī)模精確排列的納米線陣列。該圖形化方法具有普適性,可用于大面積界面修飾及功能化的實(shí)現(xiàn)。我們制備出親疏水條紋襯底并用作轉(zhuǎn)移模板,利用流體作用力將溶液中的離散納米線排列、集成到轉(zhuǎn)移模板的親水區(qū)域,獲得了大規(guī)模精確組裝的納米線陣列,為納米線基功能器件發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。(2)為了提高納米線器件的電流注入效率,我們提出并制備了一種全新的側(cè)面電極結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用陽極氧化的方法在Al電極上制備A1203作為絕緣層結(jié)構(gòu),形成了上下電極、納米線和絕緣層間的相互匹配,為納米線器件提供可靠的電學(xué)接觸。該側(cè)面功能電極與納米線具有大的接觸面積和短的載流子輸運(yùn)路徑,有利于提高納米線基器件的電學(xué)注入/抽取效率。(3)實(shí)現(xiàn)了ZnO納米線p-n結(jié)電浦隨機(jī)激光器。我們通過CVD方法生長(zhǎng)氮摻雜ZnO納米線,和非摻雜的種子層薄膜形成p-n同質(zhì)結(jié)。器件的光電流和Ⅰ-Ⅴ測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)出p-n結(jié)結(jié)構(gòu)特性。隨后對(duì)該器件進(jìn)行電泵浦激勵(lì),在EL光譜上波長(zhǎng)390 nm波段觀測(cè)到隨機(jī)激光發(fā)射峰,輸出功率和注入電流的關(guān)系也呈現(xiàn)閾值特性,開啟電流大約40 mA。研究認(rèn)為激光的產(chǎn)生是源于強(qiáng)散射形成的閉合回路諧振腔所提供的正反饋,表明ZnO是實(shí)現(xiàn)室溫激光器的理想材料。(4)提出并制備了Au-ZnO納米線肖特基結(jié)電浦隨機(jī)激光器,這是首次在肖特基結(jié)器件結(jié)構(gòu)中觀測(cè)到隨機(jī)激光發(fā)射現(xiàn)象。非摻雜的ZnO納米線具有本征n型導(dǎo)電性,與蒸鍍?cè)诩{米線頂端的Au薄膜形成Au-ZnO肖特基結(jié)。器件在正偏壓下EL光譜上探測(cè)到隨機(jī)激光發(fā)射峰,同時(shí)100 mA注入電流下輸出功率約為67 nW,高偏壓下還觀測(cè)到Zn原子表面等離激元相關(guān)的發(fā)射峰。研究表明激光的產(chǎn)生源于ZnO內(nèi)的激子激光發(fā)射。在足夠高的正偏壓下空穴從正極隧穿到ZnO價(jià)帶,與導(dǎo)帶上的電子形成激子發(fā)光。該研究結(jié)果的重要意義是：它表明在肖特基二極管中少量的空穴載流子注入即可激發(fā)隨機(jī)激光,其形成的激子起到主導(dǎo)作用。我們的研究為微型半導(dǎo)體激光器的發(fā)展提供了新的器件結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體納米線組裝 ZnO納米線隨機(jī)激光器 p-n同質(zhì)結(jié) 肖特基結(jié)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-42
• 1.1 引言11-14
• 1.2 半導(dǎo)體納米線的組裝與集成14-20
• 1.2.1 半導(dǎo)體納米線組裝—“自下而上”(Bottom-Up)14-15
• 1.2.2 納米線的大規(guī)模排列與集成15-20
• 1.3 納米線基器件電極的實(shí)現(xiàn)20-22
• 1.4 納米線基光電器件22-32
• 1.4.1 發(fā)光二極管22-24
• 1.4.2 激光器24-28
• 1.4.3 光電探測(cè)器28-30
• 1.4.4 太陽能電池30-32
• 1.5 本論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排32-34
• 參考文獻(xiàn)34-42
• 第二章 半導(dǎo)體納米線組裝與器件電極實(shí)現(xiàn)42-61
• 2.1 引言42-45
• 2.2 離散納米線的大規(guī)模集成45-52
• 2.2.1 圖形化功能襯底的實(shí)現(xiàn)45-48
• 2.2.2 納米線的大規(guī)模集成48-52
• 2.3 側(cè)面功能電極結(jié)構(gòu)與制備52-55
• 2.4 本章小結(jié)55-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 第三章 ZnO納米線p-n結(jié)電浦隨機(jī)激光器61-86
• 3.1 半導(dǎo)體隨機(jī)激光器件61-65
• 3.1.1 半導(dǎo)體激光器件61-62
• 3.1.2 隨機(jī)激光器原理62-65
• 3.2 ZnO的光電特性及p-n結(jié)隨機(jī)激光器65-72
• 3.2.1 ZnO材料的光電性質(zhì)65-67
• 3.2.2 ZnO p-n結(jié)隨機(jī)激光器67-70
• 3.2.3 ZnO異質(zhì)結(jié)隨機(jī)激光器70-72
• 3.3 ZnO納米線p-n結(jié)隨機(jī)激光器制備及研究72-81
• 3.3.1 材料生長(zhǎng)、表征及器件制備72-76
• 3.3.2 器件光電特性76-81
• 3.4 本章小結(jié)81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 第四章 ZnO納米線肖特基結(jié)電浦隨機(jī)激光器86-100
• 4.1 引言86-87
• 4.2 肖特基結(jié)的ZnO激光器結(jié)構(gòu)87-91
• 4.2.1 MIS與MSM結(jié)構(gòu)ZnO電浦隨機(jī)激光器87-89
• 4.2.2 ZnO納米線肖特基結(jié)構(gòu)隨機(jī)激光器89-91
• 4.3 Au-ZnO納米線肖特基結(jié)隨機(jī)激光器的制備及研究91-97
• 4.3.1 器件制備與表征91-93
• 4.3.2 器件光電特性93-97
• 4.4 本章小結(jié)97-98
• 參考文獻(xiàn)98-100
• 第五章 結(jié)論與展望100-103
• 5.1 全文總結(jié)100-102
• 5.2 研究展望102-103
• 致謝103-104
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的文章和申請(qǐng)的專利104-105

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葉志鎮(zhèn),張銀珠,徐偉中,呂建國(guó);ZnO薄膜p型摻雜的研究進(jìn)展[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2003年01期

  本文關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體納米線組裝與氧化鋅納米線隨機(jī)激光器，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：315001