论文部分内容阅读
随着短波长光学器件的需求日益增长,ZnO作为宽禁带半导体越来越受到关注,ZnO纳米材料的电致发光器件成为研究热点。因为宽禁带材料的低掺杂率,p型ZnO的制备问题一直难以突破。本实验小组在之前的研究工作中,采用简单低廉的低温水热二步法制备出取向一致、结晶良好的ZnO纳米棒阵列,制备出ZnO纳米棒/MEH-PPV反型异质结器件,在直流电压下可以观测到ZnO的近紫外发光。但是器件也存在着很多问题,比如光谱不纯、启亮电压偏高、发光强度低、载流子的注入传输不平衡、发光机理不完善等。因此本论文针对改善ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结器件进行了以下工作。首先,为了提高ZnO纳米棒的结晶性,首次尝试用掺铝ZnO薄膜(AZO)作为器件的透明导电氧化层,制备了AZO/ZnO/ZnO纳米棒/MEH-PPV/A1器件,在直流偏压下观测到ZnO在380nm处紫外带边发光。与传统的ITO电极相比,由于AZO的高功函数和晶格匹配,它更适合用于ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结器件的电极,所以AZO作为电极的器件比ITO器件启亮电压更低,发光亮度增强。在MEH-PPV上蒸镀一层0.8nm的LiF后,器件的启亮电压进一步降低,发光亮度明显增强。其次,对比两种有机半导体材料MEH-PPV和有机绝缘材料PMMA,认为PMMA可以很好的改善ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结器件光谱不纯的问题,并阐述使用PMMA作为有机层的合理解释,即电子隧穿理论。与ZnO纳米颗粒/PMMA的器件进行对比,从实验结果可以看到,ZnO纳米棒阵列/PMMA的复合器件中因为采用的是纳米棒阵列,其器件的启亮电压更低,发光亮度更强,但是其稳定性有待改善。这是因为ZnO纳米棒尖端的场发射效应增加了电子隧穿几率,所以提高了ZnO的紫外电致发光亮度。最后,尝试了利用ZnO的N型特征和阴极修饰的方法。在MEH-PPV上利用水浴法生长ZnO纳米棒,制备出的异质结器件只得到ZnO的缺陷发光,说明低温退火无法得到结晶性良好的ZnO纳米棒阵列。利用Au作为金属阴极的反型器件,分析其无法得到近紫外发光是由于有机无机层的电压分配和载流子传输不平衡。添加PFN作为阴极修饰层,促进电子的注入,可以增强MEH-PPV的发光,抑制ZnO的近紫外发光,验证了380nm的发光主要是基于电子隧穿。