稀土掺杂ZnO纳米光电材料的制备及光电特性研究

发布时间：2017-06-15 01:05

  本文关键词：稀土掺杂ZnO纳米光电材料的制备及光电特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化锌(ZnO)作为性能优异的第三代直接带隙半导体光电材料,在室温下具有3.37 eV的禁带宽度,可见发光带很宽,是优良的第三代半导体发光材料。处于量子点(Qantum Dot, QD)尺寸的ZnO具有很多新的光电特性,往ZnO QD中掺入稀土离子,可以利用稀土离子丰富的能级及独特的f-f和f-d轨道跃迁,在量子点新特性的基础上进一步丰富ZnO的发光。研究稀土掺杂的ZnO QD发光材料对于制备红、绿、蓝以及白光发光二极管(LED)器件具有重要意义。本文利用溶胶凝胶法制备了ZnO QD、ZnO QD:La~(3+)、ZnO QD:Eu~(3+)以及ZnO QD:Tb~(3+)四个体系,研究了其制备过程中各个实验条件对薄膜质量、光致发光(PL)性能以及器件电致发光(EL)性能的影响,实现了ZnO QD的器件发光、稀土离子的成功掺入以及掺杂后薄膜器件的稳定发光。主要内容如下：一、通过溶胶凝胶法制备了ZnO QD溶胶,匀胶机旋涂成ZnO QD薄膜样品,得到薄膜质量以及PL性能最佳的实验条件。我们进一步对ZnO薄膜进行了发光器件的制作。器件的电流-电压(I-V)特性测试结果表明,电极实现良好的欧姆接触,ZnO QD器件具有优异的整流特性。在正向导通电压下,器件实现稳定的绿光发光,并且无明显的发热现象。从器件的EL谱图可知,随着输入电压的增大,器件的发光强度增强。二、在上述工作的基础上,通过溶胶凝胶法制备了稀土La~(3+)掺杂Zn0QD的纳米溶胶。选择用乙醇作为溶剂,控制样品的生长温度及La~(3+)的掺杂浓度,匀胶旋涂成ZnO QD:La~(3+)薄膜。实验将稀土离子有效掺入ZnOQD中,分布均匀。La~(3+)掺入后使得ZnO晶粒变大,并且随着温度的升高晶粒有增大的趋势。掺杂La~(3+)薄膜器件在电注入下实现稳定的绿光发射,且发光强度随着注入电流的增大而增强。三、采用溶胶凝胶及匀胶旋涂法制备了稀土Eu~(3+)、b~(3+)离子掺杂的ZnO QD薄膜,在前期的实验基础上,并完成了Eu~(3+)、Tb~(3+)掺杂ZnO QD薄膜的发光器件的封装制作。实验实现了Eu~(3+)和Tb~(3+)的均匀掺入,并且掺杂使得ZnO薄膜的结晶情况得到改善,晶粒尺寸进一步减少,薄膜的PL谱在紫外发光峰出现蓝移,在可见区域出现了红移。器件的I-V表明掺杂的薄膜器件具有正向导通和整流特性,在恒定电流下可实现稳定的黄绿光发射。器件中的稀土掺杂的发光峰也被检测到,表明Eu~(3+)和Tb~(3+)掺入ZnO中成为发光中心。最后,对各个薄膜样品进行了退火测试,PL表明未掺杂以及掺杂的ZnO QD薄膜样品在退火后可见光区域发光骤减,紫外发光也随之降低,进行发光测试器件均不能实现发光。
【关键词】：ZnO 量子点 稀土掺杂 溶胶凝胶 发光器件 光电特性
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.21;O484
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-13
• 1.2 ZnO纳米材料概述13-17
• 1.2.1 ZnO的结构及特性13-15
• 1.2.2 ZnO的本征点缺陷及光电性质15-17
• 1.3 ZnO QD概述17-19
• 1.4 稀土掺杂ZnO纳米晶概述19-21
• 第二章 实验制备及分析方法21-27
• 2.1 ZnO的制备方法21-24
• 2.1.1 磁控溅射法21
• 2.1.2 金属有机物化学气相沉积法21-22
• 2.1.3 水热法22-23
• 2.1.4 溶胶凝胶法23-24
• 2.2 实验分析方法24-27
• 2.2.1 扫描电子显微镜分析(SEM)24-25
• 2.2.2 光致发光光谱分析(PL)25
• 2.2.3 电致发光光谱(EL)25-26
• 2.2.4 电流—电压特性(I-V)26-27
• 第三章 ZnO QD的制备及其光电性能研究27-46
• 3.1 引言27
• 3.2 实验部分27-31
• 3.2.1 实验仪器设备27-28
• 3.2.2 实验药品28
• 3.2.3 ZnO QD薄膜及器件的制备过程28-31
• 3.3 实验结果分析31-44
• 3.3.1 ZnO QD薄膜形貌及PL性能表征31-38
• 3.3.2 ZnO QD器件的I-V与EL特性38-43
• 3.3.3 退火对ZnO QD薄膜的影响43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 稀土La~(3+)\Eu~(3+)\Te~(3+)掺杂ZnO QD的薄膜制备及其光学性能研究46-71
• 4.1 引言46-47
• 4.2 实验部分47-49
• 4.2.1 实验仪器设备47
• 4.2.2 实验药品47-48
• 4.2.3 稀土掺杂ZnO QD薄膜的制备48-49
• 4.3 实验结果分析49-68
• 4.3.1 ZnO QD：La~(3+)的薄膜形貌以及PL特性49-56
• 4.3.2 ZnO QD：La~(3+)器件的I-V与EL特性56-58
• 4.3.3 ZnO QD：Eu~(3+)的薄膜形貌以及PL特性58-61
• 4.3.4 ZnO QD：Eu~(3+)器件的I-V与EL特性61-63
• 4.3.5 ZnO QD：Tb~(3+)的薄膜形貌以及PL特性63-65
• 4.3.6 ZnO QD：Tb~(3+)器件的I-V与EL特性65-67
• 4.3.7 退火对稀土掺杂ZnO薄膜的影响67-68
• 4.4 本章小结68-71
• 第五章 总结与展望71-74
• 5.1 研究总结71-72
• 5.2 工作展望72-74
• 参考文献74-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士期间发表论文情况85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 A.G.El Hachimi;H.Zaari;A.Benyoussef;M.El Yadari;A.El Kenz;;First-principles prediction of the magnetism of 4f rare-earth-metal-doped wurtzite zinc oxide[J];Journal of Rare Earths;2014年08期

2 张文君;翟保才;许键;;ZnO作为电子传输层的绿光胶体CdSe量子点LED(QD-LED)的制备与表征[J];发光学报;2012年11期

3 刘丽;袁曦明;谢安;杨明;陈凤;;Eu~(3+)激活硼酸盐基质新型红色荧光粉的制备及发光性能[J];发光学报;2011年07期

  本文关键词：稀土掺杂ZnO纳米光电材料的制备及光电特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：451000