ZnO納米材料是一種具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料。研究者們已經(jīng)制備出形態(tài)各異的ZnO納米材料,比如ZnO納米顆粒,ZnO納米線,ZnO納米帶和Zn O納米梳等。其中一維(1D)ZnO納米材料擁有諸多優(yōu)異特性,比如可以實(shí)現(xiàn)完美無晶界生長(zhǎng),直徑、長(zhǎng)度大范圍可調(diào)控,比表面積較大,較強(qiáng)的機(jī)電耦合特性和優(yōu)異光學(xué)特性等。一、壓電-光電效應(yīng)(Piezo-Photoelectric Effect)是近年來被開出來的基于半導(dǎo)體、壓電極化和光激發(fā)相耦合形成的全新物理效應(yīng),該效應(yīng)可以大大提升半導(dǎo)體器件的光電性能。本論文利用化學(xué)水熱方法制備出具有較高結(jié)晶質(zhì)量的n型1D-ZnO納米棒,在柔性的Cu襯底上制備具有n型1D ZnO納米陣列/p-Cu_2O薄膜結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。同時(shí)將波長(zhǎng)為405nm的GaN的LED芯片嵌入壓力傳感器中作為激發(fā)光源,制備出了基于壓電-光電效應(yīng)增強(qiáng)的壓力傳感器,并系統(tǒng)地研究了該器件的輸出性能。LED芯片內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將極大地減小器件尺寸并降低能耗和制造成本。該壓力探測(cè)器表現(xiàn)出明顯的整流特性,其反向擊穿電壓大于10V,在正向偏壓為3V時(shí),輸出電流為1mA。在無光照環(huán)境下,當(dāng)受到壓力作用后,器件的整流比I/I_0(SR)隨著壓力增加呈線性增加趨勢(shì)。該傳感器受到壓力作用時(shí)表現(xiàn)出了快速的響應(yīng)/恢復(fù)特性。在同樣壓力作用下,當(dāng)器件中LED芯片產(chǎn)生11.7mW/cm~2的激發(fā)光時(shí),壓力傳感器的SR和靈敏度(I-I_0/I_0/ΔP)較無光照條件下分別提高了376%和918%。二、由于ZnO材料具有大量表面缺陷,在一定程度上破壞了其光學(xué)性質(zhì),其光致發(fā)光和電致發(fā)光中往往存在本征缺陷發(fā)光。為了提高1D-ZnO納米材料光學(xué)性能,本文利用半導(dǎo)體材料對(duì)1D-ZnO納米線表面進(jìn)行鈍化,在1D-ZnO表面濺射不同種類的半導(dǎo)體材料形成核殼結(jié)構(gòu),探究表面鈍化技術(shù)對(duì)1D-ZnO納米線光學(xué)性質(zhì)的改善作用。通過對(duì)比包覆不同殼層材料(SnO,NiO和ZnO)的ZnO納米陣列與未處理的ZnO納米陣列的PL光譜,研究出表面鈍化對(duì)1D-ZnO納米陣列的發(fā)光性能的影響。ZnO/SnO核殼結(jié)構(gòu)與未處理的1D-ZnO納米陣列相比,ZnO納米陣列的紫外可見比提高3倍,且深能級(jí)發(fā)射峰隨著殼層厚度增加而逐漸減少,與未處理的1D-ZnO納米陣列相比,ZnO/NiO和ZnO/ZnO的核殼結(jié)構(gòu)在表面鈍化的效應(yīng)下,紫外可見比分別提高了30%和70%。
【學(xué)位單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TQ132.41
【部分圖文】：

料是典型的纖鋅礦結(jié)構(gòu)材料，其納米家族成員十分豐富。出形態(tài)各異的ZnO納米材料，比如ZnO納米顆粒，ZnO納米梳等，其中一維（1D）-ZnO納米材料具有許多優(yōu)良特性，量生長(zhǎng)，直徑和長(zhǎng)度可大范圍可調(diào)控，比表面積較大，較米材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)米材料的結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)分別是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)以及巖原子與四個(gè)氧原子構(gòu)成的四面體排布的結(jié)構(gòu)形成的纖鋅礦是 a=0.325nm，c=0.52nm。ZnO 的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)如圖 1.1

遼寧師范大學(xué)碩士學(xué)位論文- 3 -圖1.2 壓光電效應(yīng)原理及應(yīng)用示意圖Fig.1.2 Schematic illustration principle and application photoelectric effect2010 年，張巖教授等人通過理論計(jì)算證明了壓光電效應(yīng)增強(qiáng)的光探測(cè)器的可行性。2013 年 Zhang 等人使用 ZnO 和 CdS 材料制備出結(jié)構(gòu)為滾筒刷狀的紫外-可見光探測(cè)器。該器件對(duì)波長(zhǎng)為 372nm，480nm，548nm 的光照均有相應(yīng)。 當(dāng)器件形變?yōu)?0.38%時(shí)，該器件響應(yīng)度提高了 60%，光響應(yīng)時(shí)間在～101s 左右。2015 年潘曹峰小組利用 SU-8 鈍化填充由 ZnO 納米陣列與 Au 形成的肖特基結(jié)構(gòu)制備出的陣列式紫外光探測(cè)器件，其響應(yīng)時(shí)間達(dá)到～10-3s 左右，如圖 1.3 所示。

圖1.3 ZnO/CdS結(jié)構(gòu)光探測(cè)器Fig.1.3 Photo detector based on ZnO/CdS2015年北京科技大學(xué)的張躍教授研究組，在FTO玻璃上生長(zhǎng)ZnO納米棒和Cu2O薄成PN結(jié)來制備紫外探測(cè)器，通過調(diào)節(jié)界面附近的能帶結(jié)構(gòu)提高器件性能同時(shí)響應(yīng)時(shí)到～10-1s左右。2016年，大連理工大學(xué)銀冰等人基于ZnO/NiO的核殼結(jié)構(gòu)制備了紫測(cè)器，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為該器件對(duì)于紫外光(365nm)有響應(yīng)且在壓力條件下增加4%，響應(yīng)時(shí)間為～100 s左右。.3 1D-ZnO 納米材料核殼結(jié)構(gòu)研究1D-ZnO 是一種直接帶隙且禁帶寬度比較大的半導(dǎo)體材料，在室溫環(huán)境中禁帶寬以達(dá)到 3.37eV、激子束縛能為 60meV，這些特性使得 1D-ZnO 納米材料在短波長(zhǎng)光件領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景[15,16]。但是，通常 1D-ZnO 納米材料天然存在著大量表及相關(guān)缺陷，這嚴(yán)重限制其在光電器件領(lǐng)域的發(fā)展。為了提高 1D-ZnO 納米材料的性質(zhì)，研究者們通常采用高溫退火、等離子轟擊等方法對(duì) ZnO 納米材料進(jìn)行處理在一定程度上改善 1D-ZnO 納米材料的光學(xué)性能[17-23]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 肖揚(yáng);;氧化鋅薄膜材料研究[J];山東工業(yè)技術(shù);2015年14期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 薛雅;p型ZnMgO薄膜器件相關(guān)性能研究和Ga摻雜ZnO薄膜表面處理[D];浙江大學(xué);2013年

2 王紅軍;ZnO納米結(jié)構(gòu)及其器件研究[D];武漢大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 曾溢宇;基于ZnO納米線陣列的光電化學(xué)電池型自供能紫外探測(cè)器的制備和研究[D];浙江大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2870268