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氧化锌纳米结构电致白光发光器件研究

孟德峰  
【摘要】:白光发光二极管(White LED)由于使用寿命长、响应速度快、发光性能稳定,诞生以来就被认为是有发展前景的固态照明新方案。目前,白光器件的发展受限于半导体材料以及复杂的器件结构,制备成本低廉、效率较高、结构简单的白光发光二极管具有很大的挑战性。随着纳米材料研究的深入,单一半导体纳米材料电致发光可以作为实现白光发光二极管的一种途径,实现该技术的关键是要求半导体材料具有包含整个可见光区域的发射光。氧化锌(ZnO)作为直接带隙宽禁带半导体,禁带宽度为3.37e V,常温下激子结合能约为60me V,使得氧化锌在室温下就存在着有效的激子发射,这就为研发氧化锌纳米结构电致发光器件提供了理论基础。氧化锌纳米材料由于其可调控的可见光发射使得氧化锌纳米结构电致发光器件可以成为白光发光二极管的实现途径。本文基于氧化锌纳米结构制备了相应的电致发光器件,并实现了器件的蓝光-冷白光发射,氧化锌纳米结构的白光电致发光器件有着使用寿命长、化学稳定性高等特点,扩展了实现白光发光二极管的途径。主要研究内容为:通过水热法合成氧化锌纳米棒(ZnO NRs)以及通过溶胶-凝胶法合成氧化锌量子点(ZnO QDs),并利用原子力显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对氧化锌纳米结构的微观形貌以及晶体结构进行表征,通过分别改变这两种氧化锌纳米结构的生长参数,从中选取满足实验要求的氧化锌纳米结构制备电致发光器件;然后基于这两种典型的氧化锌纳米结构分别制备了氧化锌纳米棒发光二极管和氧化锌量子点发光二极管,并且实现了氧化锌量子点发光二极管的蓝光-冷白光发射。最后通过对器件电学性能和光学性能进行表征,对比分析氧化锌纳米结构光致发光谱和其对应器件电致发光性能,综合探究了氧化锌纳米结构电致发光器件发光机理,展现了氧化锌纳米结构在白光发光二极管领域的应用前景,扩展了白光发光二极管的实现途径。


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