發(fā)布時間：2018-07-22 10:10

【摘要】：半導體氧化物在太陽能電池、發(fā)光二極管、光探測器、透明導電薄膜、光催化等方面都具有重要的應用。為了獲得高性能的半導體氧化物光電器件,高質量p型導電層是必須具備的,而高性能的p型半導體一直較難制備,存在摻雜固溶度較低,穩(wěn)定性較差,本征p型材料載流子傳輸能力不高等缺點。因此,本論文針對這個問題,以p型半導體氧化物微晶制備為突破口,進而制作光電器件驗證其電學和光學特性。在本論文工作中制備出性能優(yōu)異Sb摻雜p型ZnO微米線,以及生長高質量的本征p型的CuGaO_2六角納米片,并以此為基礎構造同質/異質p-n結光電器件。本論文取得的創(chuàng)新性結果如下:1.采用雙溫區(qū)同步摻雜生長的辦法,制備出Sb摻雜p型ZnO微米線;摻雜后的ZnO微米線在低溫發(fā)光光譜中觀測到受主發(fā)光峰;通過對單根微米線進行電學測試(I-V及場效應FET測試),發(fā)現(xiàn)其導電類型呈現(xiàn)p型。2.用摻雜后的p型ZnO微米線和未摻雜的n型ZnO微米線構造交叉結構的同質p-n結,器件具有良好的整流特性和紫外探測性質,器件對紫外光具有較高的響應度及高選擇特性,探測器響應波長范圍在380~400 nm,-5V電壓下的響應度可達到200 m A W-1,響應半峰寬僅為6 nm,外量子效率為64.5%。3.采用高溫高壓水熱法,生長出六角形的CuGaO_2納米片,直徑約為10μm;低溫發(fā)光光譜中出現(xiàn)了自由激子和束縛激子發(fā)光峰;其室溫發(fā)光中心位于450nm,對應于CuGaO_2中的Cu空位缺陷的發(fā)光,而Cu空位是導致CuGaO_2呈p型導電的缺陷;通過構造Au/p-CuGaO_2/n-Zn O/ITO異質結,發(fā)現(xiàn)器件具有良好的整流特性,證明了CuGaO_2納米片的p型導電性。4.通過溶液燒結法制備CuGaO_2納米片與ZnO納米顆粒復合材料,室溫下復合材料在長波一側出現(xiàn)了新的發(fā)光峰并且占主導,低溫下新的發(fā)光峰發(fā)生劈裂這是由于復合材料內部p-n結的存在,使能帶彎曲所致;通過光催化測試發(fā)現(xiàn),復合材料相比單一兩種材料的光催化性能有較大提高,并且觀測到可見光的光催化能力,這是由于復合材料p-n結的存在增強了對可見光的吸收。
[Abstract]:Semiconductor oxides have important applications in solar cells, light-emitting diodes, photodetectors, transparent conductive films, photocatalysis and so on. In order to obtain high performance semiconductor oxide optoelectronic devices, high quality p-type conductive layer must be possessed, while high performance p-type semiconductor is always difficult to prepare, and the doped solid solubility is low and the stability is poor. The intrinsic p-type material carrier transport capacity is not high and so on. Therefore, in order to solve this problem, the preparation of p-type semiconductor oxide microcrystals is taken as the breakthrough point in this paper, and the electrical and optical properties of the devices are verified by the fabrication of optoelectronic devices. In this thesis, excellent SB doped p-type ZnO micron wires and high quality CuGaO _ 2 hexagonal nanostructures were fabricated. Based on these, homogenous / heterostructure p-n junction optoelectronic devices were fabricated. The innovative results of this paper are as follows: 1. The SB doped p-type ZnO micron lines were prepared by the method of synchronously doping in the double temperature region, and the acceptor luminescence peaks were observed in the low temperature luminescence spectra of doped ZnO micron lines. Through the electrical test (I-V and FET) of single micron wire, it is found that the conduction type of the wire is p. 2. Homogeneous p-n junctions with cross structure are constructed by doping p-type ZnO micron lines and undoped n-type ZnO micron wires. The devices have good rectifying characteristics and UV detection properties, and the devices have high responsivity and high selectivity to ultraviolet light. The responsivity of the detector can reach 200 Ma W-1 at a voltage of 380 nm ~ 400 nm ~ (-1), the half-width of the response peak is only 6 nm, and the external quantum efficiency is 64.5 nm 路3. A hexagonal CuGaO _ 2 nanocrystalline with a diameter of about 10 渭 m was grown by high temperature and high pressure hydrothermal method. The photoluminescence peaks of free excitons and bound excitons appeared in the low temperature luminescence spectra, and the luminescence center at room temperature was 450 nm, corresponding to the luminescence of Cu vacancy defects in CuGaO _ 2. By constructing Au/ p-CuGaO2 / n-ZnO / ITO heterostructure, it is found that the device has good rectifying property, which proves the p-type conductivity of CuGaO _ 2 nanocrystalline. CuGaO-2 nanocomposites with ZnO nanoparticles were prepared by solution sintering. At room temperature, new luminescence peaks appeared on the long wave side of the composites and dominated. The cleavage of the new luminescence peak at low temperature is due to the existence of p-n junctions in the composites, which results in the band bending. The photocatalytic properties of the composites are greatly improved compared with those of the single two materials. The photocatalytic ability of visible light was observed because the p-n junction enhanced the absorption of visible light.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TN23

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本文編號：2137060