聚氧化乙烯表面修饰对ZnO光学性质的改善以及Cu_2O/ZnO/ITO p-i-n异质结结构的制备和物性研究

【摘要】：ZnO是一种具有六方结构的宽带隙半导体材料，室温下的禁带宽度为3.34 eV，激子结合能高达60 meV, 是制备紫外光电子器件的优良材料。自1997年首次发现ZnO室温紫外受激发射以来，ZnO研究已成为紫外发射材料研究的热点。 ZnO的可见发光机制一直是人们研究的热点，但到目前为止，还没有一个定论。最近，Van Dijken等人提出一个模型认为，ZnO的可见光发射是由浅陷阱电子和深缺陷空穴复合导致的，表面态在复合过程中扮演了重要的角色。为了进一步证实Van Dijken等人的模型，本文使用有机分子聚氧化乙烯（PEO）对ZnO纳米粒子进行表面修饰，研究有机包覆对ZnO光学性质的影响。 我们制备了浓度为0.1M的ZnO纳米粒子的溶胶溶液，并将其与不同浓度的PEO的水溶液混合，用涂膜机涂在石英衬底上制备成薄膜材料。制备的薄膜用X射线衍射谱、吸收光谱和光致发光光谱进行表征。分析结果表明ZnO被PEO修饰后，提高了紫外发射效率，得到了高质量的纳米薄膜。结合ZnO纳米粒子的可见区的发光机制，我们认为PEO的有机包覆起到了平衡ZnO表面的悬键，减少结构缺陷的作用，同时也表明ZnO的可见区发光是与表面态有关的。 通常方法生长的ZnO薄膜多是n型的，而且由于ZnO材料具有较强的自补偿效应，很难实现材料的反型，因此不易得到ZnO的同质p-n结。本文采用电化学沉积法制备了Cu2O/ZnO/ITO p-i-n异质结结构, X-射线衍射，扫描电子显微镜，透射谱，光致发光谱及电流-电压（I-V）特性曲线等方法被用来表征该异质结的结构、光学和电学性质。实验结果表明，用电化学沉积法制备的Cu2O/ ZnO/ITO p-i-n异质结具有明显的结的特性。