石墨烯-Ag纳米颗粒透明电极近紫外LED研究

发布时间：2020-10-15 12:21

　　 紫外LED在工业固化、固态照明、消毒、水净化、医疗和生物化学、高密度光学记录等方面有广阔的应用前景。以稀缺金属铟为主的ITO透明导电层不耐酸碱、工艺温度高、易脆,特别是在紫外波段有较高的吸收,难以运用到紫外LED的制造中。深紫外发光器件的主要材料为GaN,GaN具有较宽的能带宽度,很好的符合紫外波段的发光需求。但是正是因为GaN禁带宽度较宽,欧姆接触较难制备。针对上述问题,有研究者采用石墨烯来代替ITO作为GaN基LED的透明导电极。石墨烯具有高电子迁移率,以及极好的透光性,尤其在紫外波段表现良好,但是与p-GaN的欧姆接触较难形成。降低GaN对紫外波段的影响以及减少石墨烯的接触电阻,成为紫外发光器件的发展重要解决因素。寻找其他金属作为中间层形成复合结构,能够有效的克服由石墨烯和p-GaN之间功函数差异大带来的接触势垒过高问题。Ag退火后能够与p-GaN形成较好的欧姆接触,同时,薄Ag退火后形成纳米颗粒,对紫外光的透射大大提高。本论文围绕以石墨烯-Ag纳米颗粒作为透明电极的近紫外LED做了深入研究,特别是研究了石墨烯-Ag纳米颗粒透明电极中Ag厚度对器件光电特性的影响。主要研究内容和成果如下:1.发现Ag退火后对p-GaN具有激活作用,能够有效的降低石墨烯与p-GaN接触的肖特基势垒,在一定程度提高电学性能。2.得到了不同Ag厚度形成的透明电极与p-GaN的接触电阻及其紫外波段的透射率规律。Ag厚度越大接触电阻率越小,4nm和5nm的样品接触电阻率达到2.1× 10-5Ω·cm2,1.3× 10-4Ω·cm2。该结果可以指导不同波段紫外LED的透明电极中Ag厚度的选择。3.发现在320nm波段,电极透射率几乎不随Ag厚度变化,且高达82%,并对该结果进行了时域有限差分法仿真验证。该波段在生物、医疗方面有重要应用。该波段器件可以选用5nmAg可同时保证较低的接触电阻率和较高的透射率。4.研究了不同Ag厚度、有无石墨烯覆盖对Ag纳米颗粒的迁移和合并的影响。2nmAg的器件,Ag主要结球的半径较大,占空比较低,因此透射率比较高,而接触性能较差。5nmAg的器件,结球半径较小,分布比较密集,占空比较大,因此透射率比较低,但是电学性能较好。二次退火中有石墨烯覆盖比无石墨烯覆盖下Ag纳米颗粒平均体积更大,密度更低。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN312.8
【部分图文】：

ｐｏｏ－ｐｏｙｍｅｒｚａｏｎ图１．１．１各种不同的紫外ＬＥＤ的应用：（ａ）为净水单元中深紫外ＬＥＤ模块??：（ｂ）为荧光发光系统深紫外ＬＥＤ的示意图［９］；?（ｃ）为波长范围超过２５０ｎｍ的??Ｄ光谱仪［９］；?［Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ?？?２０１０，?ＩＥＥＥ］?（ｄ）紫外固化示意图；（ｅ）为深紫外ＬＥＤ在???打印中的应用示意图［１０］；?［Ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ?ｗｉｔｈ?ｐｅｒｍｉｓｓｉｏｎ?ｆｒｏｍ?ＡＡＡＳ］?（ｆ）为基于??

京大学硕士学位论文?陈伟：基于石墨烯－Ａｇ纳米复合体欧姆接触的近紫外ＬＥＤ器件研宄??短波紫外光（ＵＶＣ），它们分别对应的波＊Ｓ：ＵＶＡ（３２０－４００ｎｍ）、ＵＶＢ（２８０－??２０ｎｍ）、ＵＶＣ?（２００－２８０ｎｍ）?［１２］，如图?１．１．２?所示。而?ＩＩＩ?族氮化物（ＩｎＮ，ＧａＮ，??ＩＮ）具有宽的直接带隙，高电子饱和速率以及高击穿电场，其带隙宽度从ＩｎＮ??的０．７ｅＶ，到ＧａＮ的３．４ｅＶ，Ａ１Ｎ的６．２ｅＶ［１３，?１４］，可以通过调节组分覆盖紫外??００－４００ｎｍ波长范围，因此成为制备紫外ＬＥＤ的理想半导体材料［１５－２０］。在调??组分形成不同带隙宽度的三元材料的时候，需要同时考虑到晶格常数不匹配造??成的错位。三元材料的能带结构［２１－２３］可以用简单的二次形式表示：??＝?（１?—?—?ｘ（ｌ?－?ｘ）Ｃ。弯曲系数?Ｃ?代表了曲线与两??参数Ａ、Ｂ之间的连线的弯曲程度。对于这些材料，弯曲系数恒为正数，反映??了合金材料能带的降低。??频率（ＨＺ）?波长（ｍ）??

层是非常重要的，良好的透明导电层能够通过改善对光的吸收、减小电流拥挤效??应来提高ＵＶ－ＬＥＤ的光输出功率和效率。??常用的ＩＴＯ作为透明电极存在潜在易脆、不耐酸碱、工艺温度高等问题，而??且丨ＴＯ在紫外波段的吸收率较高，极大的降低了紫外波段的出光率。而石墨烯作??为新型的透明导电材料，在紫外波段有较少的光吸收，能够很好的代替ＩＴＯ。如??图１．１．３（ａ）所示，ＩＴＯ在紫外波段有较高的吸收，而石墨烯的吸收较少［２４］。但是??石墨烯本身和ｐ－ＧａＮ难以形成良好的欧姆接触，因此需要寻找其他金属作为中??间层［２５－２９］，形成复合结构克服由石墨烯和ｐ－ＧａＮ之间功函数差异大带来的接??触势垒过高问题。不同的金属，如Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ等都有报道作为ＧａＮ和石墨烯??接触的中间层Ｐ〇］，但是由于Ａｇ在紫外波段有较小的吸收，如图］．４（ｂ）所示，因??此主要采用Ａｇ作为ＧａＮ和石墨烯接触的中间层。同时，由于层状的金属会对光??线产生反射或吸收，极大的降低透射，利用退火让金属层形成纳米点也是主要采??用的提高出光率的方法［３１］。??ａ－…－？?－，???????—?（ｂ）?１２０?＊?１???１???１???１?????
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本文编号：2842164