一维氧化锌纳米压电—光电器件制备及氧化锌纳米核壳结构光学性质研究

作     者：高瑞雪 

作者单位：辽宁师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙景昌

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0702[理学-物理学] 

主      题：1D ZnO纳米材料 压电-光电效应 压力传感器 核壳结构 

摘      要：ZnO纳米材料是一种具有六角纤锌矿结构的宽禁带直接带隙半导体材料。研究者们已经制备出形态各异的ZnO纳米材料,比如ZnO纳米颗粒,ZnO纳米线,ZnO纳米带和Zn O纳米梳等。其中一维(1D)ZnO纳米材料拥有诸多优异特性,比如可以实现完美无晶界生长,直径、长度大范围可调控,比表面积较大,较强的机电耦合特性和优异光学特性等。一、压电-光电效应(Piezo-Photoelectric Effect)是近年来被开出来的基于半导体、压电极化和光激发相耦合形成的全新物理效应,该效应可以大大提升半导体器件的光电性能。本论文利用化学水热方法制备出具有较高结晶质量的n型1D-ZnO纳米棒,在柔性的Cu衬底上制备具有n型1D ZnO纳米阵列/p-CuO薄膜结构的压力传感器。同时将波长为405nm的GaN的LED芯片嵌入压力传感器中作为激发光源,制备出了基于压电-光电效应增强的压力传感器,并系统地研究了该器件的输出性能。LED芯片内嵌式结构设计将极大地减小器件尺寸并降低能耗和制造成本。该压力探测器表现出明显的整流特性,其反向击穿电压大于10V,在正向偏压为3V时,输出电流为1mA。在无光照环境下,当受到压力作用后,器件的整流比I/I(SR)随着压力增加呈线性增加趋势。该传感器受到压力作用时表现出了快速的响应/恢复特性。在同样压力作用下,当器件中LED芯片产生11.7mW/cm的激发光时,压力传感器的SR和灵敏度(I-I/I/ΔP)较无光照条件下分别提高了376%和918%。二、由于ZnO材料具有大量表面缺陷,在一定程度上破坏了其光学性质,其光致发光和电致发光中往往存在本征缺陷发光。为了提高1D-ZnO纳米材料光学性能,本文利用半导体材料对1D-ZnO纳米线表面进行钝化,在1D-ZnO表面溅射不同种类的半导体材料形成核壳结构,探究表面钝化技术对1D-ZnO纳米线光学性质的改善作用。通过对比包覆不同壳层材料(SnO,NiO和ZnO)的ZnO纳米阵列与未处理的ZnO纳米阵列的PL光谱,研究出表面钝化对1D-ZnO纳米阵列的发光性能的影响。ZnO/SnO核壳结构与未处理的1D-ZnO纳米阵列相比,ZnO纳米阵列的紫外可见比提高3倍,且深能级发射峰随着壳层厚度增加而逐渐减少,与未处理的1D-ZnO纳米阵列相比,ZnO/NiO和ZnO/ZnO的核壳结构在表面钝化的效应下,紫外可见比分别提高了30%和70%。