ZnO纳米结构中束缚态载流子的调控及其光电特性研究

发布时间：2020-07-28 12:29

【摘要】：ZnO是典型且重要的宽禁带半导体材料,激子束缚能60meV,E_g=3.37eV,远比室温激活能(26meV)、ZnS(40meV)以及GaN(25meV)高出许多,是室温下实现紫外激子型发光器件的首选材料。但ZnO纳米材料非常容易引入表面态,将俘获载流子并引发非辐射复合,给材料的光电性质带来非常不利的影响。这种因表面态引起的光电性能退化在比表面积大的ZnO纳米材料中尤为突出。研究表明,表面异质结包覆是有效的消除表面态方式,而采用Ar+对ZnO纳米线轰击、ZnS壳层包覆等方式可人为地引入束缚能级,观察到光电性质改善的现象。但前期的研究大多关注如何消除束缚态,并未深入研究束缚态对材料和器件性能的影响。本文主要深入研究束缚态,关注不同束缚态对ZnO结构和器件发光性质的影响,利用束缚态调控技术改善ZnO纳米器件性能进行了研究,取得了以下成果:1、获得较佳的束缚态引入方式利用水热合成的方法制备出晶体质量较好的ZnO纳米线。采用化学水浴沉积法包覆ZnS纳米壳层实现对ZnO纳米线束缚态的引入,引入的束缚能高达50meV,观察到紫外发光增强2倍、缺陷发光被抑制的现象。2、实现束缚态调控改善ZnO结构发光采用热退火的手段可以对化学水浴沉积法制备的ZnO/ZnS核壳纳米结构界面的原子进行重新排布,对界面进行优化,引起了束缚态典型荧光现象的改变,实现对束缚态的调控;但随机引入的束缚态并不能完全地被利用增强ZnO纳米结构的紫外发光,而是在适当的条件下才有助于材料光学性能的提升,其中束缚态调控下最好的ZnO纳米结构紫外发光增强了3倍。3、调控束缚态改善ZnO发光器件光电特性利用化学水浴沉积法引入不同覆盖度的ZnS纳米颗粒包覆的ZnO纳米结构,得到了不同束缚态下的ZnO/ZnS纳米线@p-GaN异质结光电二极管(LED)器件结构。光致发光光谱(PL)和电致发光光谱(EL)的结果表明,不同ZnS纳米颗粒覆盖的ZnO纳米结构发光增强情况不同,器件出光效率被极大改善,紫外380nm附近的发光从无到有,器件性能最高增强了8倍,实现调控束缚态改善ZnO发光器件光电特性的目的。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304;TB383.1
【图文】：

-1ZnO的三种晶体结构，(a)纤锌矿结构；(b)闪锌矿结构；(c)岩盐矿结构

图 1.2-2 氧化锌的六角纤锌矿结构[7]；ZnO 的晶体结构的两个视图。左：垂直于 c 轴的透视图。上端为锌终端(0001)面，底面为氧端接(0001_)。右图：锌终端(0001)平面上沿 c 轴的视图[4]ZnO 薄膜具有 c 轴择优生长的特点，沿 c 轴的 Zn-O(dZn-O=0.190nm)距离稍比其他三_

图 1.2-3 ZnO 材料中常见的几种本征点缺陷，在 ZnO 中存在氧空位(VO)、间隙氧(Oi)、反位氧(即氧位锌 ZnO)等的施主性质的本征缺陷，以及受的形成能成正比，而氧空位 VO形成能无论是在富的浓度往往都很大；而填隙 Zn和氧位锌 Zn的形

【参考文献】

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本文编号：2772882