《微納圖形化矽基ZnO納米異質結構的電致發光研究》是依託北京化工大學，由許海軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微納圖形化矽基ZnO納米異質結構的電致發光研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：許海軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以高壓氣相腐蝕技術製備出的一類具有微/納米層次結構且電致發光可調的納米矽（多孔矽柱陣列，NSPA）為襯底，本項目擬進行矽基ZnO納米異質結構陣列的大面積可控制備、電光特性和器件化套用探索等方面的研究。目標是採用高溫氣相傳輸生長和低溫溶液化學生長兩種技術實現ZnO納米晶在NSPA上的選擇生長並進行電致發光研究，重點在於從理論上闡明異質結構中載流子輸運、整流效應、電致發光等物性的內稟機制，系統地建立其物性與生長條件、微結構之間的定性或指向性關聯關係，尋找出獲得高電致發光效率且性能穩定的最優條件。進而結合傳統的矽平面工藝和現代的納米器件工藝，設計實現發光顏色可控、高發光效率、可調注入電流下高輸出功率的ZnO/NSPA發光器件，並為其在無需螢光粉的單晶片發光二極體器件方面的套用奠定基礎。本項目為進一步實現高效矽基光電集成提供了一種新思路，在半導體固體照明和顯示器件等領域具有重要科學意義和套用價值。
結題摘要
本課題以具有強光致/電致發光，發光峰位通過退火可控的P型多孔矽柱狀列（NSPA）矽片為襯底，採用高溫物理/化學氣相沉積（PVD/CVD）和低溫溶液化學生長（ACG）兩種方法製備出大面積、微結構可控的ZnO/NSPA納米異質結陣列體系，並闡明其光致發光/電致發光、載流子輸運、整流效應等物性的內稟機制。建立了上述物理性能與製備條件、體系微結構之間的定性或指向性關聯關係，同時設計出高發光效率、可調注入電流下高輸出功率的ZnO/NSPA單晶片發光器件。相關研究成果為實現無需螢光粉的單晶片白光發光器件奠定了基礎。主要研究成果如下： （1）發展出一種在高壓蒸汽環境中、水熱腐蝕技術製備具有強光致/電致發光性能的納米多孔矽（納米多孔矽柱狀列，NSPA）的新方法。相比已報導的納米多孔矽材料，該技術製備得到的NSPA不僅易於實現大面積可控生長，同時其發光強度相較於其他種類多孔矽平均提高2個量級且發光性能穩定好。該技術已申請國家發明專利1項。 （2）製備出微結構可控、具有開啟電壓低、電流密度大、漏電流密度小、反向擊穿電壓和整流率高等優異整流特性的ZnO/PSPA納米異質結陣列體系，並建立了相關結構的電子傳輸能帶模型； （3）系統建立出製備條件對ZnO/PSPA光致/電致發光特性的影響規律，實現了紅、綠、藍三基色發光，並通過對發光峰位和強度的調製獲得了白光發光，建立起其發光機制模型； （4）初步實現ZnO/PSPA單晶片白光發光二極體原型器件，其開啟電壓僅2.6 V，在常規的注入電流下（35mA－70mA）其白光的顯色指數幾乎不變，發光效率達到47 lm/W； （5）通過摻雜技術，得到了摻雜銪離子、錳離子的ZnO/PSPA，利用離子本身的發光特性及其摻雜引起的缺陷發光特性調控得到了更寬發光光譜的發光晶片； （6）拓寬原有思路, 實現了一類新型的、基於無機納米線陣列的“P3HT/ZnO納米線/NSPA”有機無機複合太陽能電池原型結構，轉換效率達到了4.28 %，達到了國際上同類型器件的較高效率標準； （7）通過本項目實施，發表SCI論文11篇（不含已接收發表的1篇），申請國家發明專利8項、授權4項，1項科研成果榮獲中國石油和化工協會的“技術發明一等獎”，參加國內學術會議12人次，在全國物理學會秋季會議上做學術報告4人次。
