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磷掺杂ZnO纳米线及发光器件的制备和研究

作　者: 陶鹏程
导　师: 冯秋菊
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 磷掺杂化学气相沉积 ZnO纳米线 ZnO纳米线同质LED
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

氧化锌(ZnO)是宽禁带半导体材料,室温下的禁带宽度为3.37eV,具有相对高的激子束缚能60meV,这使得ZnO纳米材料成为下一代短波长光电器件的最理想候选材料之一,尤其是在蓝紫光发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等领域中有极好的应用前景和开发价值。然而,为了实现ZnO基纳米光电器件的应用,首先制备出性能良好的n型和p型ZnO纳米材料是必不可少的,由于ZnO是本征的n型半导体材料,很容易获得高质量的n型ZnO纳米材料,所以如何获得p型ZnO纳米材料就成为了国内外研究的热点。本文针对ZnO研究领域的热点和难点,利用简单的化学气相沉积技术成功的制备出高质量的n-ZnO纳米线和p-ZnO纳米线,并在此基础上进行了p-ZnO纳米线/n-ZnO纳米线/n-Si结构的同质LED器件的制备及其光电性质的研究。取得的主要结果如下：(1)采用化学气相沉积法(CVD),在不使用任何金属催化剂的条件下,在低阻n-Si(111)衬底上成功制备出不同磷含量的ZnO纳米线。通过X射线衍射(XRD)和场发射的扫描电镜(FE-SEM)观察表明,随着磷含量的增加,ZnO纳米线的晶体结构和取向性都开始变差并且纳米线顶端会变的更加尖锐。此外,在低温(20K)光致发光(PL)光谱中还观测到了与磷元素相关的中性受主束缚激子发光峰(A0X),该发光峰的强度会随着磷含量增加而变强,证实了磷元素作为受主掺杂进入ZnO晶格中。(2)利用化学气相沉积技术(CVD),成功在低阻n-Si(111)衬底上制备出p-ZnO纳米线/n-ZnO纳米线/n-Si结构的同质LED器件。通过X射线衍射(XRD)、场发射的扫描电镜(FE-SEM)和低温(20K)PL对未掺杂和磷掺杂的ZnO纳米线进行了晶体结构、表面形貌和光学性质的测试。此外,对于ZnO纳米线同质LED器件,通过测试该器件表现出良好的整流特性,并且在40mA的电致发光谱中,呈现出两个发光峰,一个是位于3.18eV的紫外发光峰,另一个是位于2.39eV可见发光峰。结果证实了磷掺杂ZnO纳米线为p型导电性质。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-29
  1.1 ZnO的基本性质  10-12
    1.1.1 ZnO的晶体结构  10-11
    1.1.2 ZnO的光学特性  11-12
    1.1.3 ZnO的电学特性  12
    1.1.4 ZnO的压电特性  12
    1.1.5 ZnO的气敏特性  12
  1.2 ZnO纳米材料及器件的研究进展  12-27
    1.2.1 ZnO纳米材料的研究进展  12-19
    1.2.2 ZnO基发光器件的研究进展  19-27
  1.3 ZnO纳米材料尚待解决的问题  27
  1.4 本文的主要研究内容  27-29
2 ZnO纳米材料的制备方法及相关表征手段  29-33
  2.1 ZnO纳米材料的制备方法  29-30
    2.1.1 化学气相沉积(CVD)  29-30
    2.1.2 模板法  30
    2.1.3 水热法  30
  2.2 相关表征手段  30-33
    2.2.1 X射线衍射谱(XRD)  30-31
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  31
    2.2.3 光致发光谱(PL)  31-33
3 不同磷含量ZnO纳米线阵列的生长及特性研究  33-39
  3.1 实验部分  33-35
  3.2 样品的结构分析  35-36
  3.3 样品的表面形貌  36-37
  3.4 样品的光学特性  37-38
  3.5 小结  38-39
4 p-ZnO/n-ZnO纳米线同质结发光二极管的制备及性能研究  39-47
  4.1 p-ZnO纳米线、n-ZnO纳米线和发光二极管的制备  39-40
    4.1.1 p-ZnO纳米线和n-ZnO纳米线的制备  39
    4.1.2 发光二极管的制备  39-40
  4.2 材料的表面形貌  40-41
  4.3 材料的结构分析  41-42
  4.4 材料的光学性质  42-44
  4.5 器件的Ⅰ-Ⅴ特性  44-45
  4.6 器件的电致发光  45-46
  4.7 小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-53
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  53-54
致谢  54

磷掺杂ZnO纳米线及发光器件的制备和研究

内容摘要

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