一维Ⅱ-VI族半导体纳米结构光电性能调控与器件应用

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zkl_2009
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一维半导体纳米结构相对于其同组份的薄膜和体结构而言具有优异、独特的光学、电学和机械等性质,因而引起了人们的广泛关注。一维直接宽带隙的 II-VI族化合物半导体(例如ZnO,ZnSe,CdS等),被认为是构造高性能纳米电子和纳米光电子器件的理想半导体材料。有效调控半导体的导电能力和导电类型是半导体材料应用于光电器件的前提。然而,由于II-VI族半导体存在着严重的自补偿效应,利用传统的体掺杂的方法对其导电能力和导电类型进行调控还面临着许多挑战,从而阻碍了II-VI族半导体纳米结构光电器件的应用。实现高质量的一维II-VI族半导体纳米结构的可控制备并对其光电性质进行有效地调控,对构造基于 II-VI族半导体纳米结构的高性能光电器件具有重要意义。本研究首先制备了高质量的一维II-VI族半导体纳米结构,并通过掺杂的方法实现了对其导电类型或导电能力的有效调控。在此基础上,结合微纳加工技术和工艺,构筑了基于一维II-VI族半导体纳米结构的高性能光电器件,并系统地研究了其光电性能。  本研究主要内容包括:⑴用化学气相沉积(CVD)方法合成了高质量的一维 II-VI族半导体纳米结构。通过用MoO3纳米点对ZnSe纳米带进行表面电荷转移掺杂,成功地将ZnSe纳米带的导电类型由本征的弱n型导电转变成p型导电。掺杂效果由单根ZnSe纳米带背栅场效应晶体管在掺杂前后的电学测试来确认,同时得到了高达48.17 cm2V-1s-1的空穴迁移率和1.261019 cm-3的空穴浓度。探究了MoO3纳米点表面电荷转移掺杂ZnSe纳米带的掺杂机理。由于 MoO3纳米点和ZnSe纳米带之间发生电荷转移,ZnSe纳米带的导电能力随着掺杂所用的 MoO3纳米点溶液的浓度的增大而增强。掺杂后的ZnS e纳米带的导电性比本征 ZnS e纳米带的导电性提高了7个数量级。通过表面电荷转移掺杂方法,构筑了基于单根ZnSe纳米带的p-n同质结光伏器件和p-ZnSe/n-Si异质结器件,并研究了器件的光电性能。得益于独特的掺杂方法和高质量的同质结,光伏器件取得了高达1.84%的光电转换效率。由于异质结构的原因,p-ZnSe/n-Si异质结器件不仅对白光有明显的光响应,对紫外光和深紫外光也有明显的光响应。我们还尝试了表面电荷转移掺杂方法对其它II-VI族半导体纳米结构(如CdSe和ZnTe)的导电类型和导电能力的调控。⑵通过热蒸发的方法成功地合成了高质量的 Mo掺杂的 CdS-CdMoO4核壳结构的纳米带。热蒸发过程不仅实现了对 CdS纳米带的有效掺杂,而且在其表面形成了一层非晶层和一层 CdMoO4多晶壳层。由于其独特的结构,我们成功地通过一步法策略构筑了基于单根 CdS:Mo-CdMoO4纳米带核壳结构的具有背栅场效应晶体管结构的高性能非易失性存储器。我们的器件构造策略在取得高的器件性能的前提下,相比于其他同类器件,还具有构造工艺简单,便于操作等优点。
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