一维氧化锌纳米压电—光电器件制备及氧化锌纳米核壳结构光学性质研究
发布时间：2020-11-04 15:25
ZnO纳米材料是一种具有六角纤锌矿结构的宽禁带直接带隙半导体材料。研究者们已经制备出形态各异的ZnO纳米材料,比如ZnO纳米颗粒,ZnO纳米线,ZnO纳米带和Zn O纳米梳等。其中一维(1D)ZnO纳米材料拥有诸多优异特性,比如可以实现完美无晶界生长,直径、长度大范围可调控,比表面积较大,较强的机电耦合特性和优异光学特性等。一、压电-光电效应(Piezo-Photoelectric Effect)是近年来被开出来的基于半导体、压电极化和光激发相耦合形成的全新物理效应,该效应可以大大提升半导体器件的光电性能。本论文利用化学水热方法制备出具有较高结晶质量的n型1D-ZnO纳米棒,在柔性的Cu衬底上制备具有n型1D ZnO纳米阵列/p-Cu_2O薄膜结构的压力传感器。同时将波长为405nm的GaN的LED芯片嵌入压力传感器中作为激发光源,制备出了基于压电-光电效应增强的压力传感器,并系统地研究了该器件的输出性能。LED芯片内嵌式结构设计将极大地减小器件尺寸并降低能耗和制造成本。该压力探测器表现出明显的整流特性,其反向击穿电压大于10V,在正向偏压为3V时,输出电流为1mA。在无光照环境下,当受到压力作用后,器件的整流比I/I_0(SR)随着压力增加呈线性增加趋势。该传感器受到压力作用时表现出了快速的响应/恢复特性。在同样压力作用下,当器件中LED芯片产生11.7mW/cm~2的激发光时,压力传感器的SR和灵敏度(I-I_0/I_0/ΔP)较无光照条件下分别提高了376%和918%。二、由于ZnO材料具有大量表面缺陷,在一定程度上破坏了其光学性质,其光致发光和电致发光中往往存在本征缺陷发光。为了提高1D-ZnO纳米材料光学性能,本文利用半导体材料对1D-ZnO纳米线表面进行钝化,在1D-ZnO表面溅射不同种类的半导体材料形成核壳结构,探究表面钝化技术对1D-ZnO纳米线光学性质的改善作用。通过对比包覆不同壳层材料(SnO,NiO和ZnO)的ZnO纳米阵列与未处理的ZnO纳米阵列的PL光谱,研究出表面钝化对1D-ZnO纳米阵列的发光性能的影响。ZnO/SnO核壳结构与未处理的1D-ZnO纳米阵列相比,ZnO纳米阵列的紫外可见比提高3倍,且深能级发射峰随着壳层厚度增加而逐渐减少,与未处理的1D-ZnO纳米阵列相比,ZnO/NiO和ZnO/ZnO的核壳结构在表面钝化的效应下,紫外可见比分别提高了30%和70%。
【学位单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TQ132.41
【部分图文】：
料是典型的纤锌矿结构材料，其纳米家族成员十分丰富。出形态各异的ZnO纳米材料，比如ZnO纳米颗粒，ZnO纳米梳等，其中一维（1D）-ZnO纳米材料具有许多优良特性，量生长，直径和长度可大范围可调控，比表面积较大，较米材料的结构与性质米材料的结构晶体结构分别是六角纤锌矿结构、立方闪锌矿结构以及岩原子与四个氧原子构成的四面体排布的结构形成的纤锌矿是 a=0.325nm，c=0.52nm。ZnO 的六角纤锌矿结构如图 1.1
辽宁师范大学硕士学位论文- 3 -图1.2 压光电效应原理及应用示意图Fig.1.2 Schematic illustration principle and application photoelectric effect2010 年，张岩教授等人通过理论计算证明了压光电效应增强的光探测器的可行性。2013 年 Zhang 等人使用 ZnO 和 CdS 材料制备出结构为滚筒刷状的紫外-可见光探测器。该器件对波长为 372nm，480nm，548nm 的光照均有相应。 当器件形变为-0.38%时，该器件响应度提高了 60%，光响应时间在～101s 左右。2015 年潘曹峰小组利用 SU-8 钝化填充由 ZnO 纳米阵列与 Au 形成的肖特基结构制备出的阵列式紫外光探测器件，其响应时间达到～10-3s 左右，如图 1.3 所示。
图1.3 ZnO/CdS结构光探测器Fig.1.3 Photo detector based on ZnO/CdS2015年北京科技大学的张跃教授研究组，在FTO玻璃上生长ZnO纳米棒和Cu2O薄成PN结来制备紫外探测器，通过调节界面附近的能带结构提高器件性能同时响应时到～10-1s左右。2016年，大连理工大学银冰等人基于ZnO/NiO的核壳结构制备了紫测器，得到的实验结论为该器件对于紫外光(365nm)有响应且在压力条件下增加4%，响应时间为～100 s左右。.3 1D-ZnO 纳米材料核壳结构研究1D-ZnO 是一种直接带隙且禁带宽度比较大的半导体材料，在室温环境中禁带宽以达到 3.37eV、激子束缚能为 60meV，这些特性使得 1D-ZnO 纳米材料在短波长光件领域中有广泛的应用前景[15,16]。但是，通常 1D-ZnO 纳米材料天然存在着大量表及相关缺陷，这严重限制其在光电器件领域的发展。为了提高 1D-ZnO 纳米材料的性质，研究者们通常采用高温退火、等离子轰击等方法对 ZnO 纳米材料进行处理在一定程度上改善 1D-ZnO 纳米材料的光学性能[17-23]。
【参考文献】
本文编号：2870268
【学位单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TQ132.41
【部分图文】：
料是典型的纤锌矿结构材料，其纳米家族成员十分丰富。出形态各异的ZnO纳米材料，比如ZnO纳米颗粒，ZnO纳米梳等，其中一维（1D）-ZnO纳米材料具有许多优良特性，量生长，直径和长度可大范围可调控，比表面积较大，较米材料的结构与性质米材料的结构晶体结构分别是六角纤锌矿结构、立方闪锌矿结构以及岩原子与四个氧原子构成的四面体排布的结构形成的纤锌矿是 a=0.325nm，c=0.52nm。ZnO 的六角纤锌矿结构如图 1.1
辽宁师范大学硕士学位论文- 3 -图1.2 压光电效应原理及应用示意图Fig.1.2 Schematic illustration principle and application photoelectric effect2010 年，张岩教授等人通过理论计算证明了压光电效应增强的光探测器的可行性。2013 年 Zhang 等人使用 ZnO 和 CdS 材料制备出结构为滚筒刷状的紫外-可见光探测器。该器件对波长为 372nm，480nm，548nm 的光照均有相应。 当器件形变为-0.38%时，该器件响应度提高了 60%，光响应时间在～101s 左右。2015 年潘曹峰小组利用 SU-8 钝化填充由 ZnO 纳米阵列与 Au 形成的肖特基结构制备出的阵列式紫外光探测器件，其响应时间达到～10-3s 左右，如图 1.3 所示。
图1.3 ZnO/CdS结构光探测器Fig.1.3 Photo detector based on ZnO/CdS2015年北京科技大学的张跃教授研究组，在FTO玻璃上生长ZnO纳米棒和Cu2O薄成PN结来制备紫外探测器，通过调节界面附近的能带结构提高器件性能同时响应时到～10-1s左右。2016年，大连理工大学银冰等人基于ZnO/NiO的核壳结构制备了紫测器，得到的实验结论为该器件对于紫外光(365nm)有响应且在压力条件下增加4%，响应时间为～100 s左右。.3 1D-ZnO 纳米材料核壳结构研究1D-ZnO 是一种直接带隙且禁带宽度比较大的半导体材料，在室温环境中禁带宽以达到 3.37eV、激子束缚能为 60meV，这些特性使得 1D-ZnO 纳米材料在短波长光件领域中有广泛的应用前景[15,16]。但是，通常 1D-ZnO 纳米材料天然存在着大量表及相关缺陷，这严重限制其在光电器件领域的发展。为了提高 1D-ZnO 纳米材料的性质，研究者们通常采用高温退火、等离子轰击等方法对 ZnO 纳米材料进行处理在一定程度上改善 1D-ZnO 纳米材料的光学性能[17-23]。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 肖扬;;氧化锌薄膜材料研究[J];山东工业技术;2015年14期
相关博士学位论文 前2条
1 薛雅;p型ZnMgO薄膜器件相关性能研究和Ga掺杂ZnO薄膜表面处理[D];浙江大学;2013年
2 王红军;ZnO纳米结构及其器件研究[D];武汉大学;2012年
相关硕士学位论文 前1条
1 曾溢宇;基于ZnO纳米线阵列的光电化学电池型自供能紫外探测器的制备和研究[D];浙江大学;2016年
本文编号：2870268
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