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热电子效应对单根氧化锌微米线器件光电特性调制研究

孙志鹏  
【摘要】:ZnO材料近年来成为半导体光电器件领域的研究热点。当传统的ZnO薄膜受限于p型掺杂的问题而遇到瓶颈时,微纳器件由于其灵活多变的器件结构而受到越来越多的关注。近年来,单根ZnO:Ga微米线在电致发光、电泵浦激光、异质结发光器件等方面取得很多突破,而其在光电探测、电致发光中心波长精确调节等方面仍面临着一些挑战。同时,金属表面等离激元无辐射衰减诱导产生的热电子被广泛用于提升光伏器件例如光电探测器件和太阳能电池等的性能,而金纳米棒的等离子提共振频率可以通过调节其长径比实现精确可调,这为基于热电子效应实现半导体器件性能调控提供了可能。基于这些研究现状,本文通过构筑不同长径比金纳米棒修饰的AuNRs@ZnO:Ga器件,通过研究热电子效应对单根ZnO:Ga微米线器件性能的影响,实现了单根ZnO:Ga微米线器件性能的提升,为实现集成化高性能半导体器件提供了解决方案。本文的具体研究结果如下:(1)通过构筑单根AuNRs@ZnO:Ga微米线器件,利用热电子效应初步实现了单根ZnO:Ga微米线器件的光探测,其探测范围依赖于金纳米颗粒的表面等离激元共振吸收峰。通过对这一现象产生的机理进行研究,发现其可以归因于光激发金属表面等离激元非辐射衰减后诱导产生的热电子向相邻ZnO:Ga微米线导带的注入,该结果为未来构筑高性能集成探测器件提供解决方案。(2)通过构筑不同长径比金纳米颗粒修饰的单根AuNRs@ZnO:Ga微米线器件,利用热电子效应实现了对单根ZnO:Ga微米线电致发光器件发光中心波长的调控及发光增强,为微纳发光器件的发光调制提供思路。此外还构筑了基于单根AuNRs@ZnO:Ga微米线的波长可调的荧光灯丝光源,以及基于单根ZnO:Ga微米线和AuNRs@ZnO:Ga微米线的串联灯丝光源,为今后实现集成多色光源及主动照明显示器件提供解决方案。(3)通过构筑n-AuNRs@ZnO:Ga/p-GaN异质结器件,实现了异质结器件的发光增强,观察到器件室温下明亮的蓝紫色电致发光,发光积分强度可以达到金纳米棒修饰前的2倍。


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