张爽[1]2004年在《用于紫外光探测器的TiO_2及其复合氧化物的结构和光学性质研究》文中认为紫外光探测器无论在军用还是在民用上都有重要的应用价值，所以引起人们的极大关注。近年来，随着材料制备技术的发展而迅速发展。目前研究较多的是宽禁带半导体GaN基紫外光探测器，并且取得了大的进展。基于宽禁带半导体ZnO材料的紫外光探测器也受到的很大的关注。TiO2是一种宽禁带半导体，它不但具有很好的物理和化学性质，而且具备较好的光学性质。由于它的体材料禁带宽度为3.2eV，对应于紫外光波段，所以具有很大的制作紫外光探测器的潜力。本论文的主要内容之一就是探索性地制作以TiO2为基体材料的紫外光探测器。对于制作紫外光探测器来说，我们希望扩大材料的光吸收范围，从而增大探测器的可探测波长范围。要实现这一目的就必须制备出与TiO2具有相似结构且带隙可调的半导体材料。通过参考AlxGa1-xN和MgxZn1-xO等基材料的研究结果，我们发现：在基体材料中适当的引入其它组分元素而得到的叁元或四元系合金材料不但具有与基体相似的结构和光学特性，而且其带隙宽度可以在一定范围内进行调节。这样我们就可以根据实际需要来设计基体材料，选用符合要求的基体材料。因此，如何选择和研制一种同时具有好的结构和光学性质的带隙宽<WP=138>度可以在一定范围内调节的合金半导体材料就成了一项十分重要的课题。本文利用溶胶－凝胶法制备了TiO2薄膜材料，研究了不同烧结温度对材料结构性质和光学性质的影响。初步探索性地利用TiO2作为基体材料制作了MSM型紫外光探测器。另外，利用溶胶－凝胶法分别制备了MnxTi1-xO2， SrxTi1-xO2，LaxTi1-xO2，NdxTi1-xO2合金薄膜，并深入研究了它们的结构和光学性质。通过各种表征手段对不同组分含量，不同热处理温度下的薄膜材料的性质进行研究，了解其结构和光学性质的变化规律，从而选择适宜的条件制备符合设计要求的基体材料。首先，利用溶胶－凝胶法制备了纳米晶TiO2薄膜材料。通过对不同烧结温度下制备样品的X－射线衍射分析可以看出，烧结温度为350-750℃时，材料具有锐钛矿型结构。当烧结温度升至850℃时，材料是由金红石和锐钛矿两种结构共存。而且随着烧结温度的升高，晶粒尺寸越来越大，材料的结晶度越来越好。我们又对650、750、850℃下制备的样品的紫外吸收特性进行测量，发现各样品在紫外波段均有较强的吸收，在可见光波段几乎不吸收。随着烧结温度的升高，材料的吸收光谱的吸收边出现红移现象。我们首次报道了以TiO2薄膜作为基体材料制作紫外光探测器。通过器件的光电流与照射光波长之间的关系曲线我们看出，器件对小于280nm波段的紫外光有较好的响应，截止边出现在360nm。由于实验条件的限制，目前我们还不能对器件的其他参数进行测量。为了实现探测器的响应波长范围可调，我们制备了组分可调的Ti系复合氧化物。首先在不同烧结温度下制备了具有不同Mn组分含量的复合氧化物MnxTi1-xO2薄膜。XRD研究结果表明，Mn0.1Ti0.9O2薄膜的锐钛矿和金红石型结构同时出现的温度为550℃，随着烧结温度升高，锐钛矿型的衍射峰逐渐减弱，金红石型的衍射峰逐渐加强。750℃时已经观察不到锐钛矿型的衍射峰。对于Mn0.2Ti0.8O2 、Mn0.33Ti0.67O2、 Mn0.5Ti0.5O2薄膜，在450℃时就观察不到锐钛矿型的衍射峰。随着烧结温度升高，金红石型衍射峰逐渐<WP=139>加强。观测结果表明组分Mn的引入不但保持TiO2的结构，而且对体系呈稳定的金红石相的相转变温度趋向降低。通过研究烧结温度对复合氧化物MnxTi1-xO2薄膜光学性质的影响我们发现，随着烧结温度的升高，各材料的吸收光谱的吸收边出现红移。通过研究各烧结温度下Mn含量对吸收光谱的影响发现，复合氧化物MnxTi1-xO2薄膜的吸收边较TiO2的吸收边红移。而且随着Mn含量的增加，红移的距离加大。这说明通过提高烧结温度和增加Mn的含量都可以使材料的光吸收范围向长波方向扩大。 接下来，我们在不同烧结温度下制备了具有不同Sr组分含量的复合氧化物SrxTi1-xO2薄膜。我们发现只有当Sr的含量x值小于0.3时，材料才具备TiO2的结构。对这些具有TiO2结构的样品紫外吸收性质的研究发现，与TiO2相比它们的吸收光谱的吸收边蓝移，与复合氧化物MnxTi1-xO2薄膜的吸收边移动方向相反。这说明Sr的引入可以使材料的吸收范围向短波方向扩大，而Mn的引入可以使材料的吸收范围向长波方向扩大，这样我们就可以根据器件设计的要求来选择基体材料。 另外，我们还制备了LaxTi1-xO2，NdxTi1-xO2合金薄膜。通过对其结构性质和光学性质的研究发现，这些材料不具备作为紫外光探测器基体材料的要求。但是它们可以为以后的实验研究提供参考数据。
韦敏[2]2011年在《ZnO基紫外光电探测材料研究》文中研究指明ZnO作为II-VI族直接宽禁带半导体材料，在室温下的禁带宽度约为3.37eV，对应紫外波段的光子能量，且ZnO具有较高的化学和热稳定性，较强的抗辐射损伤能力，来源丰富，电子诱生缺陷较低等特点，适用于制备高性能的紫外探测器。而ZnO在掺杂后形成的合金可调节其禁带宽度，并与ZnO的晶格失配度及热膨胀系数差别较小，可构成量子阱或超晶格结构被广泛地应用于光电器件中，提高光电性能，所以带隙工程的开展有利于推进实用的高性能的ZnO基光电器件的开发。尤其是对于ZnO基紫外探测器件，ZnO基叁元合金具有可调控其探测波段到日盲区的特点，在此基础上所实现的紫外探测器在军事和民用领域具有广泛应用。基于此，本文采用掺杂的方式调制ZnO的禁带宽度，使ZnO基叁元合金材料的光学禁带宽度达到4.4eV以上，获得可用于日盲紫外光波段探测的ZnO基光电探测器；同时，通过控制掺杂技术开发ZnO基异质复合结构，可应用于高性能的紫外光电发射探测器件。论文的主要内容和创新性结果如下：1.采用溶胶—凝胶方法制备了Mg、Cd、Al掺杂的ZnO基叁元合金薄膜，并对其微结构和光电性能进行研究，分析其掺杂效率和光学禁带调制效应，获得掺杂对ZnO薄膜禁带宽度调制的规律，并从不同元素掺杂引起Zn3d电子结合能变化的角度探讨了其禁带调制的机理。2.采用射频磁控溅射法制备Al_xZn_(1-x)O（AZO）合金薄膜，研究不同掺Al浓度对其微结构和光电性质的影响规律，研究表明： Al浓度增大到20at%会导致ZnO纤锌矿结构的消失，表明掺Al的固溶度在20at%以内，而当掺Al浓度达到30at%则出现新的晶相；且随掺Al浓度增加，薄膜中晶粒细化，电阻率大幅上升；通过改变Al组分可较大地展宽光学带隙，在Al浓度为30at%时带隙被展宽至4.43eV。3．探讨氧气氛对AZO合金薄膜导电性的影响，并通过对其微结构和光电特性的研究发现：溅射过程中通入少量氧气有利于获得结晶质量较好的c轴择优取向薄膜；而纯氩气氛下溅射的薄膜具有很低的电阻率，拉曼测试和SEM分析表明其存在特殊的内建电场和c轴取向平行于膜面的晶粒；溅射过程中氧分压的增加会导致薄膜的绝缘性能增强；其透光谱显示光学吸收边发生明显蓝移。4．研究AZO合金薄膜的光电响应性能，结果表明：掺入Al可抑制ZnO薄膜中氧空位缺陷的形成，Al浓度的增大使得薄膜的绝缘性能增强，有利于实现暗电流低的光电探测器件，提高其光暗电流比，尤其是可以抑制慢速的氧气吸附和解吸附反应，从而提高器件的响应速度。获得的快速响应的AZO探测器在紫外光照下显示出对称的非线性特征，即采用元件替代方法将光敏电阻应用于蔡氏电路时，在变型蔡氏电路中可产生叁涡旋光电混沌吸引子。5．研究掺Al对AZO薄膜表面势垒和功函数的影响，通过对不同Al浓度AZO合金薄膜的C-V测试，获得其表面接触势垒高度随Al浓度增加而减小的规律；分别从理论计算和I-V-T测试拟合研究了5at%掺Al对ZnO薄膜表面功函数的影响，两种方式获得的表面功函数值分别下降了0.09eV和0.098eV。以上研究结果表明掺Al使得AZO薄膜的费米能级上移至导带，从而形成较小的表面势垒，有利于电子从表面逸出。6．研究将Al_xZn_(1-x)O薄膜用于实现NEA紫外光电阴极，制作AZO阴极真空光电管，其光暗电流相差两个数量级以上。采用高导电AZO薄膜作为透明导电底电极，在其上诱导生长阳离子空位为主导的AZO纳米晶表面层，由以上掺杂调制技术获得的AZO异质复合结构阴极材料，因为底电极和阴极膜同属AZO材料体系，界面间结合紧密，并能有效实现能带调制，具有良好的紫外光电发射性能。在铯激活条件下的测试结果为：暗电流为0.2nA，在254nm波长的紫外光照射下产生220nA光电发射电流，光暗电流比达到103数量级。
房东玉[3]2013年在《掺杂ZnO薄膜的结构、表面形貌及光学性能的研究》文中进行了进一步梳理ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有较高的激子束缚能，优良的光电性能，良好的气敏压敏性能及较高的化学稳定性和热稳定性等。自然状态下，本征ZnO薄膜的电学和光学性能低，因此通过掺杂和优化制备工艺条件等手段可以改善ZnO薄膜的光电性能，使其应用于光电器件领域。本文采用溶胶-凝胶法和改进Pechini法在石英玻璃基底上分别制备了Al掺杂、Mg掺杂、Mg-Al共掺杂ZnO薄膜及其复合薄膜。研究了产物的结构、表面形貌及光学性能。主要研究内容及结果如下：(1)研究了溶胶浓度、Al掺杂量、退火温度及薄膜厚度对Al-ZnO(AZO)薄膜微观结构及光学性能的影响。结果表明：Al掺杂并未改变ZnO薄膜的晶体结构，且其结晶质量随Al掺杂浓度的增加而降低。在可见光区域内，AZO薄膜的平均光学透过率在90%以上。当Al掺杂浓度从0%增加到9%时，AZO薄膜的光学带隙从3.283eV增加到3.352eV。室温下的PL谱表明AZO薄膜的缺陷发射峰随Al掺杂浓度的增加从610nm的橙光蓝移到584nm的黄光。(2)研究了溶胶浓度、Al掺杂量、退火温度及薄膜厚度对Mg-Al-ZnO(MAZO)薄膜结构及光学性能的影响。结果表明：Al、Mg共掺杂也未改变ZnO薄膜的晶体结构，产物薄膜随退火温度的增加而沿（101）晶面择优取向生长，且晶粒尺寸从20.58nm增大到42.26nm。EDS谱表明MAZO薄膜含有Zn、Mg、Al、O元素。当退火温度从500C增加到800C时，MAZO薄膜的光学带隙从3.348eV减小到3.304eV。室温下的PL谱表明随退火温度的增加，紫外发射峰从372nm红移到379nm，而可见光发射峰从598nm的黄橙光蓝移到527nm的绿光。(3)研究了MAZO/ZnO及MAZO/AZO多层薄膜的微观结构及光学性能。结果表明：MAZO/AZO复合薄膜具有沿（002）晶面方向择优取向生长特性。该种复合薄膜在可见光区的平均光学透过率仍在90%以上，但明显地抑制了可见光区的光发射，并促进了产物的紫外发光。(4)采用改进Pechini法在石英玻璃上制备了Mg-ZnO(MZO)薄膜。结果表明：低于10%浓度的Mg掺杂ZnO薄膜均具有六方纤锌矿结构，且随Mg离子掺杂量的增加，(002)衍射峰向高角方向移动。在可见光区域内，MZO薄膜的平均光学透过率在90%以上。光学带隙随Mg离子掺杂量的增加从3.36eV增大到3.66eV。室温下的PL谱表明当Mg掺杂浓度从3%增加到10%时，MZO薄膜的绿光发射峰从522nm红移到550nm，且绿光发射峰强度逐渐增强。
高铭[4]2013年在《掺杂ZnO（ZYO，ZMEO）和ZnO纳米复合材料（MgO/ZnO，Ag/ZNTs）的光学性能研究》文中研究指明氧化锌纳米材料在光电子器件方面有着广泛的应用前景，能够实现各种ZnO纳米材料的可控生长并对其应用进行研究具有重要的意义。本论文旨在采用简单的物理或化学方法实现稀土掺杂ZnO纳米材料及ZnO纳米复合材料的可控生长，并利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、拉曼和光致发光谱等测试手段对其结构、性能及应用进行详细地研究。主要内容如下：在稀土掺杂方面，首先采用简单的溶胶-凝胶法合成Y掺杂ZnO纳米颗粒（ZYO）。利用稀土离子钇的补偿作用，有效降低ZnO纳米颗粒中的缺陷密度，并大大提高ZnO纳米颗粒的发光质量。另外，采用共沉淀法，制备Mg~(2+)和Eu~(3+)共掺ZnO（ZMEO）纳米花，制备得到的ZMEO纳米花的花瓣宽200nm，长约为0.5-1μm。在室温下用325nm波长的光就可以激发出明显的红光。发现Mg~(2+)的添加可以提高Eu~(3+)的发光，并有助于将来ZnO纳米材料在显示和照明设备方面的应用。另外，采用水热法制备MgO/ZnO核壳结构纳米棒阵列。发现MgO壳可以改善ZnO的发光性能，因为电子和空穴都束缚在ZnO纳米棒核内，促进了这个体系的光致发光性能。此外沉积的MgO层也抑制了ZnO表面缺陷的形成。最后，采用化学法与磁控溅射相结合的方法，制备了Ag纳米颗粒包覆ZnO纳米管阵列（Ag/ZNTs）作为SERS基底，该基底具有很好的拉曼活性，增强因子可达~105；具有较好的稳定性，浸泡30天后测得的拉曼谱图与浸泡前没有差别；重复性好，计算得到的RSD<7%。本论文中的研究结果不但为稀土掺杂ZnO纳米材料和ZnO纳米复合材料的可控生长提供了最优化的生长条件，而且在其ZnO纳米材料的发光特性研究方面也得到了一些有益的结果，为ZnO纳米材料更好和更广泛的应用提供了理论依据并奠定了实验基础。
李金华[5]2006年在《Mn掺杂ZnO纳米晶的光学和磁学性质研究》文中提出稀磁半导体材料是自旋电子学领域一个重要分支,由于具有巨负磁阻效应、磁光效应等新颖特性而受到人们的广泛关注。目前实现室温铁磁性是稀磁半导体研究中的重要课题,理论预测在Mn掺杂的ZnO中能够实现室温以上的铁磁性。此外,作为一种宽带隙半导体材料,ZnO的激子束缚能高达60 meV,具有优良的光学性质。因此,Mn掺杂的ZnO材料研究在磁性半导体领域广泛开展起来。本论文针对目前ZnO基稀磁半导体材料中的光学性质变化和磁性来源问题,利用溶胶-凝胶方法制备了Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,并对其光学和磁学性质进行了系统的研究。研究表明,掺杂后材料的光学质量有所提高,并具有室温以上铁磁性。具体工作如下:1.采用无水乙醇为溶剂合成了平均粒径为27nm的Mn掺杂的ZnO纳米薄膜,讨论了掺杂浓度和退火温度对样品的结构、光学和磁学性质的影响。研究发现随着Mn化学剂量的增加,样品的晶格常数增大,这表明Mn已经进入了ZnO晶格。适量的Mn掺杂可以钝化样品的可见区发射,提高样品的紫外发光效率。磁性研究表明,较低温度退火样品在4K-300K范围内表现为顺磁性,而高温退火的样品由于出现杂相ZnMn2O4表现为室温铁磁性。2.采用一缩二乙二醇为溶剂制备了直径在2.2-2.8nm的Mn掺杂的ZnO纳米粒子,并研究了其光学、磁学特性。与ZnO相比,掺杂后的样品室温下紫外发光相对增强,可见发光几乎完全消失,这表明掺杂后的样品具有良好的光学性质。同时,通过M-T曲线和M-H曲线,发现样品具有高于室温的居里温度。分析认为样品的室温磁性来自于Mn掺杂的ZnO而不是杂质。3.制备了高质量的具有六角纤锌矿结构的纳米Zn1-xMgxO薄膜。随Mg含量的增加,晶体的禁带宽度逐渐变大,光学质量提高。为了在提高样品的光学质量的同时获得磁性,制备了Mg、Mn共同掺杂的ZnO纳米薄膜。样品的光学性质与单纯Mn掺杂的ZnO纳米晶薄膜相比有所提高,但不利于形成均匀的替代式掺杂的ZnO,出现了尖晶石结构的Mn3O4和MgMn2O4。分析认为样品的磁性来源于MgMn2O4。
王丹丹[6]2010年在《氧化锌纳米材料的制备、掺杂及性能研究》文中提出氧化锌纳米材料由于其本身材料特性和形状特性,在光电子器件及自旋存储器件方面有着广泛的应用前景,对其材料本身的研究以及对其掺入其他离子以达到优化或赋予新的光学、磁学性能的研究对这种材料的发展和应用具有极其重大的理论研究价值和实际应用价值。本论文旨在采用传统的气相传输法和化学方法成功制备出垂直衬底生长的纳米线及其他纳米结构的未掺杂/掺杂的氧化锌,并利用X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱、X射线精细结构分析技术、原子力显微镜、超导量子干涉仪、光致发光谱、拉曼光谱仪、荧光光谱仪等测试手段对样品的可控生长、结构、光学及磁学性能进行了详细的研究。首先,我们采用传统的气相传输法,优化实验条件成功制备出垂直衬底生长的氧化锌纳米线,并对纳米线的生长机制、催化剂对纳米线的影响进行了研究,研究结果表明催化剂的厚度对纳米线的尺寸有很大的影响,尺寸越大,纳米线的直径越大。同时,我们对纳米线的光学性能也进行了研究。发光中心位于520 nm的发光峰来源于氧空位,对于紫外发光,当激发功率增加时,紫外发光峰出现了蓝移,这主要是由于纳米线表面在氧空穴的作用下产生表面自建电场,激发功率增加越来越多的电子和空穴分离,在表面自建电场的作用下,电子和空穴会向相反的方向运动,更多的空穴集中在表面,与表面氧空位所捕获的电子中和,使得表面内建电场减小,从而导致向上的能带弯曲程度变小,增加了激子的跃迁能量产生的。其次,我们选择稀土元素对氧化锌进行掺杂,对其性能进行研究。主要集中在两种稀土元素的掺杂研究:1. Eu离子掺杂氧化锌纳米材料。我们采用两步法,即溶胶-凝胶法制备反应源,气相传输法制备纳米线,采用水热法制备了由纳米片组成的微米花,并对纳米线和微米花的结构、成份和光学性能进行了研究。结果表明,Eu离子已经成功掺杂进入氧化锌晶格,并且采用紫外激发,在光致发光谱图中我们也观察到了Eu离子细锐的发光峰,并证明了这个发射峰是ZnO到Eu离子的能量传递产生的。通过对后处理样品的光致发光谱图和时间分辨光谱的研究表明,这种能量传递与材料中的氧空穴有很大的关系,氧空穴越多能量传递越强,表明这种缺陷可以作为能量传递的能量陷阱,有利于能量传递。在微米花中同时存在氧空穴及氧间隙两种缺陷,我们观察到二者的发光峰。2. Nd离子掺杂氧化锌纳米线。同样采用两步法,与制备Eu掺杂氧化锌不同,我们采用简单的固相反应法制备了反应源,然后采用气相传输法制备纳米线。经结构、成分分析表明Nd离子已经掺入纳米线中,磁性测试表明掺入Nd离子后,样品表现出室温铁磁性。并且有较大的矫顽力和形状各向异性,磁化强度也有明显的各向异性。磁性的来源主要是氧空穴诱导的Nd离子长程相互作用。较大的矫顽力主要是由Nd本身相对于过渡族元素较大的磁各向异性,和缺陷的钉扎作用产生的。而磁化强度的各向异性是由Nd的轨道磁矩产生的。本文的研究结果不但为制备未掺杂/掺杂的氧化锌纳米材料提供了可参考的制备条件。对于其光学和磁学性能研究也得到了一些有益的结果,为未掺杂/掺杂的氧化锌纳米材料更好和更广泛的应用提供了理论依据并奠定了实验基础。
董李娜[7]2012年在《镁掺杂氧化锌薄膜的制备及光学特性分析》文中研究说明氧化锌(Zinc oxide,简称Zn0)及相关的Zn(Mg,Cd)O材料体系作为新一代的紫外激发发射和发射激光器件备受关注。随着半导体器件的不断发展,两个亟待解决的问题也相应出现,就是P型掺杂及带隙工程。Zn0激活层作为双重异质结光激发材料,相关的P型掺杂及p-n结器件近些年已经有了很好的进展。为了更好的适应科学的进展发挥ZnO薄膜光、电、热、磁等物理化学优良特性、更大的实现其潜在价值,提高氧化锌在紫外光探测器、发光管、表面声波器件和声敏压敏器件上的应用成为了研究热点。实验证明掺杂是一个好方法,通过选择恰当的制作工艺和掺杂物质可以很好的对其性能进行改善。本文采用了经济、环保、条件可控工艺简单且适于大面积成膜的超声喷雾热解技术,在石英玻璃衬底上生长出了纯Zn0薄膜、不同衬底温度下和不同浓度下的ZnMgO合金薄膜,通过扫描电镜(SEM)、X衍射衍射仪(XRD)、光致发光谱(PL谱)和透射光谱的表征对样品薄膜形貌、微结构及光性能测试进行了系统分析。实验结果表明制备纯Zn0薄膜样品的优化条件为：衬底温度500℃、衬底到喷嘴的距离2.5cm、载气流速为0.8L/min。在此基础上制备了不同衬底温度下(450℃、470℃、500℃、530℃、550℃)的ZnMg0.1O薄膜,其透过率均在80%以上,在450℃到530℃之间,随着温度的增大薄膜表面形貌趋于平滑且颗粒均匀,光致发光谱显示深能级发光也逐渐减小,在530℃情况下出现了明显的近紫外发光峰,而当温度增大到550℃时,薄膜晶粒增大并出现凹凸、结晶质量也相应降低,同时光性能也相应下降,因此得出ZnMg0.1O薄膜的最优化温度为530℃。研究Mg掺杂浓度在x=0.05、0.1、0.15、0.2和0.3下的MgxZn1-xO薄膜,测量结果表明,随浓度的增大样品薄膜晶粒尺寸随之增大,但表面规整,其中x=0.2时MgxZn1-xO薄膜晶粒最为均匀平整,而随着浓度的增大其结晶质量逐渐降低,当达到0.3时一度出现了多晶现象。同时,在x=0.2以下我们可以看到随着Mg含量的增大,PL谱出现了明显的蓝移现象,且无明显的深能级发光出现,说明薄膜无明显的杂质和缺陷出现、结晶质量良好,但当Mg浓度到达0.3时,谱线却相对红移,在本实验中考虑这有可能是由于Mg含量的增大更多的替代了Zn位或是Zn间隙从而导致出现了多晶现象造成,这也与XRD结果相吻合。通过透射光谱对不同浓度下的MgxZn1-xO薄膜的带隙进行计算得出随着Mg浓度的增加带隙展宽,这也在一定程度上的验证了前人的结果,但是其结果相对于PL的带隙值偏小,考虑是透射谱中反射率不为零的结果。
于吉[8]2013年在《氧化锌基紫外雪崩光电器件研究》文中认为ZnO基材料因具有宽广的带隙调节范围、较高的激子结合能、较低的制备温度、晶格匹配的单晶衬底，以及较强的抗辐射能力等优点，使得该材料在紫外探测器以及发光器件方面有着广阔的应用前景。本论文利用在高电场强度下介电层中载流子通过碰撞离化而实现的雪崩倍增效应的思想，在Au/MgO/ZnO(MgZnO)/MgO/Au结构中实现了ZnO基紫外雪崩光电探测器以及发光器件，所取得的主要研究结果如下：1、利用在高电场下MgO中载流子通过碰撞离化而实现的雪崩倍增效应的思想，设计并制备了Au/MgO/ZnO/MgO/Au结构，并在该结构中首次实现了氧化锌紫外雪崩光电探测器。在73V偏压下，该器件的雪崩倍增因子约为294，其最大响应度约为1.7×104A/W。2、为了实现更短波长的探测，将ZnO雪崩探测器的激活层替换为禁带宽度更大的MgZnO材料，并在Au/MgO/MgZnO/MgO/Au结构中实现了氧锌镁基紫外雪崩光电探测器。该器件的雪崩阈值电压为16V。器件在31V偏压时，其倍增因子为587。3、利用在高电场强度下介电层MgO中载流子通过碰撞离化产生的空穴实现了ZnO基发光器件。在该器件中，ZnO的近带边发光占主导地位。
孙彦峰[9]2007年在《ZnO：Al透明导电薄膜与ZnO器件的制备及性质的研究》文中研究说明本论文采用射频磁控溅射的方法,利用掺有2 wt % Al2O3(99.99 %)的ZnO(99.99 %)陶瓷靶,在玻璃基片上制备Al:ZnO(AZO)透明导电薄膜。在Ar背景气体中、不同生长温度条件下,电阻率随着生长温度的升高先降低,之后呈升高趋势。说明在100℃-300℃条件下可生长出低电阻率、高透射率的AZO薄膜。固定衬底温度与靶距,随着氩气氛的压强的增大(1 Pa~3 Pa),AZO薄膜的电阻率持续下降,晶粒尺寸不断变小,结晶度逐渐变小,结晶质量逐渐变差。进一步,我们在p-Si及n-GaAs衬底上成功制备的AZO薄膜发光器件,在黑暗的环境中可以明显的发现他们的发光现象,并得到了AZO/n-GaAS器件的EL谱。为了进一步降低薄膜的电阻率,采用在背景气氛氩中通氢的方法,利用射频磁控溅射法生长AZO薄膜。发现嵌入Zn-O键中的氢原子存在饱和阶段,在此阶段H2可以改善AZO薄膜的光学、电学等特性,在不影响透射率的前提下,可以进一步降低AZO薄膜的电阻率。制作了ZnO粉体材料的气敏传感器,并测量了器对VOC气体的敏感特性。实验表明,在500℃,700℃,900℃烧结的粉体所制备的器件中,500℃的粉体对VOC气体最为敏感。这是因为500℃烧结的粉体的纳米颗粒小,比表面积大,氧吸附量则大,材料的气体灵敏度高。为了进一步改善器件的性质,我们掺入了2 %的TiO2,可以明显观察到器件对乙醇的灵敏度明显提高,并且最佳工作电流明显降低。这对于低功耗器件的开发是很有意义的。
王欣[10]2016年在《氧化物肢体纳米晶的可控合成及其在溶液工艺发光二极管中的应用》文中进行了进一步梳理胶体氧化物纳米晶具有出色的溶液加工性、独特的光电性能可调性和优异的化学稳定性,有极大潜力作为载流子传输材料应用于高性能的溶液工艺光电器件。溶液工艺光电器件的结构多样,同时所涉及的活性层材料丰富,因此为特定器件“量身定制”载流子传输层需要调控氧化物纳米晶的能带结构和光电性质。本论文从胶体氧化物纳米晶的光电性能调控出发,分别以电子传输层材料——-n型ZnO基纳米晶和空穴传输层材料———p型NiO基纳米晶作为对象,通过对反应体系的深入研究与合成路线的创新设计,实现了有机相制备掺杂／合金化氧化物纳米晶,并在此基础上通过发光二极管(light emitting diode, LED)原型器件证明可控掺杂／合金化提升了NiO基纳米晶空穴传输层的性能。理解胶体氧化物纳米晶的合成化学是对其进行性能调控和应用开发的前提,也是本论文主要研究的问题。对于ZnO基材料,我们发现醇解反应路径中金属前驱体反应活性的调控对于杂离子的引入和避免杂质分相具有决定性作用,从而结合“能带工程”概念,成功地制备出CdxZn1-xO合金纳米晶。通过制备多种尺寸的CdxZn1-xO和MgxZn1-xO以及纯ZnO纳米晶并测量其光学禁带宽度,总结出量子限域效应和合金化共同作用的ZnO基合金纳米晶禁带宽度的变化规律,实现了ZnO基纳米晶的禁带宽度在3.3～3.9 eV范围内的连续调控。对于NiO基材料,我们基于两种不同的杂原子引入方法,成功地将Co2+和Cu2+分别引入NiO的晶格中,分别将得到合金元素成分从0到100%连续变化的CoXNi1-sO氧化物合金纳米晶和单一组分的CuxNi1-xO纳米晶；从金属前驱体反应活性出发,引入“表面掺杂”的概念,解决在前驱体反应活性差异极大的情况下的掺杂／合金化难题。随后,我们以CuxNi1-xO纳米晶为例研究空穴传输材料光电特性的调控对于提升溶液工艺LED器件性能的作用。首先证明了Cu2+的引入可以有效地提升NiO纳米晶薄膜的电导率；而后选择量子点发光二极管(quantum-dot light emitting diode,QLED)为原型器件,分别利用NiO和CuxNi1-x0纳米晶作为其空穴传输层。我们发现CuxNi1-xO纳米晶的器件相比于NiO纳米晶的器件性能有显着提升：开启电压降低,功率效率提高。这一结果预示CuxNi1-xO纳米晶空穴传输层有可能在高性能QLED中扮演重要角色。本论文的研究成果将有助于发展掺杂／合金化的胶体氧化物纳米晶的合成化学,并推动氧化物纳米晶应用于溶液工艺光电器件的载流子传输层。
参考文献：
[1]. 用于紫外光探测器的TiO_2及其复合氧化物的结构和光学性质研究[D]. 张爽. 吉林大学. 2004
[2]. ZnO基紫外光电探测材料研究[D]. 韦敏. 电子科技大学. 2011
[3]. 掺杂ZnO薄膜的结构、表面形貌及光学性能的研究[D]. 房东玉. 天津大学. 2013
[4]. 掺杂ZnO（ZYO，ZMEO）和ZnO纳米复合材料（MgO/ZnO，Ag/ZNTs）的光学性能研究[D]. 高铭. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2013
[5]. Mn掺杂ZnO纳米晶的光学和磁学性质研究[D]. 李金华. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2006
[6]. 氧化锌纳米材料的制备、掺杂及性能研究[D]. 王丹丹. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2010
[7]. 镁掺杂氧化锌薄膜的制备及光学特性分析[D]. 董李娜. 辽宁师范大学. 2012
[8]. 氧化锌基紫外雪崩光电器件研究[D]. 于吉. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2013
[9]. ZnO：Al透明导电薄膜与ZnO器件的制备及性质的研究[D]. 孙彦峰. 吉林大学. 2007
[10]. 氧化物肢体纳米晶的可控合成及其在溶液工艺发光二极管中的应用[D]. 王欣. 浙江大学. 2016
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