ZnO 納米材料補償共摻雜機制及其光電器件構築研究

《ZnO 納米材料補償共摻雜機制及其光電器件構築研究》是依託南昌大學，由程抱昌擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：ZnO 納米材料補償共摻雜機制及其光電器件構築研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：程抱昌
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

ZnO紫外光電器件在通訊和白光照明等領域具有廣闊的套用前景。針對當前ZnO同質及異質結器件中紫外發射效率較低等一些問題，本項目在我們對ZnO納米材料摻雜改性控制缺陷及生長等工作基礎上，重點將對ZnO一維納米材料採用施受主補償共摻雜，通過消除由單獨摻雜引入的載流子非輻射複合中心，而提高激子發射內量子效率。並以此材料作為載流子複合發光的活性區，ⅢA族單摻的n型ZnO作為電子傳輸層，CuSCN等高電學性能的p型材料作為空穴傳輸層，構築p-i-n雙注入式納米異質結，讓載流子高效平衡注入。建立摻雜元素對載流子複合的影響機制；探索納米結構光電器件的構築方法；揭示納米尺度下庫侖作用的增強，成分波動引起的激子局域化，納米陣列間填充包覆引起的激子限域，以及異質結處載流子複合時間的降低、結構缺陷和殘餘應變的降低、隧道電流的增加對器件發射效率的改進作用。為基於納米結構的ZnO光電器件開發提供理論指導和技術支持。

結題摘要

室溫下ZnO能隙寬度為3.6eV，激子束縛能高達60meV，有望製備成室溫甚至是高溫下的光電子等納米器件。然而，由於Zn和O的電負性差別很大，造成氧空位很多，天然呈n型。納米尺度下，巨大比表面中的懸掛鍵造成豐富的受主型表面態，大量帶正電荷的VO++和VO+聚集在表面耗盡區中，強烈影響ZnO納米結構性能。針對此問題，我們對ZnO納米結構進行摻雜，以及構建成分梯度、異質結構和雜化納米結構，利用摻雜元素與氧空位的相互作用以及異質界面的協同效應對ZnO納米結構的表面態進行調製，以期對電子的運動進行有效控制，從而獲得具有特殊功能的納米結構材料，並製備出相應的納米光電子等新型器件。我們主要從材料組成和結構控制製備、性能探測和最佳化、以及新型器件研製等三個方面開展了以下工作。首先，我們探索原位碳熱還原法和低溫燃燒合成法並結合後續熱處理等工藝大規模合成純淨及摻雜ZnO一維單晶、多晶、異質、雜化、成分梯度等納米結構的製備技術，以便改善ZnO納米結構材料的性能。其次，探索並提出ZnO納米結構中，表面態是控制其性能的主要機制，並通過其光、電、熱和力學性能的探究對表面態進行深入的研究，以便有效控制和最佳化。最後，通過表面態調製而獲得的具有獨特性能的ZnO納米結構材料來構築光電探測、電阻開關及非易失存儲器、光伏器件、應力和溫度感測及存儲器、恆溫熱發電機等納米結構器件。揭示出摻雜以及複雜結構構建調製表面態的機理，並獲得與器件性能的內在本質關聯，製備出具有優越性能的納米器件。這些研究對探索半導體納米結構材料的改性與套用以及新型納米器件的研製都具有重要的指導意義。為ZnO納米結構的性能調控奠定了一定的理論基礎，並為其器件的發展提供了實驗依據和技術支撐。