ZnO纳米颗粒薄膜与有机聚合物材料复合电致发光研究

摘要

作为一种宽禁带的半导体材料，ZnO因其稳定的理化性质和优异的光电性能受到人们越来越多的关注。ZnO具备发射蓝光、紫外光的条件优势，在短波长发光二极管、高密度存储等领域的应用前景十分诱人。然而，P型ZnO的制备困难始终是限制ZnO紫外电致发光研究进展的一个瓶颈。近年来，随着有机半导体的快速发展和ZnO纳米结构的不断丰富，许多课题组利用ZnO纳米阵列与有机材料来制备有机无机复合电致发光器件。本课题组利用水浴法合成的ZnO纳米棒阵列与有机物聚合物MEH-PPV复合，实现了ZnO的近紫外电致发光。然而，水浴法生长的ZnO纳米棒阵列存在阵列表面不整齐，纳米棒顶端的MEH-PPV有机层容易被击穿，器件稳定性不高等问题。针对以上问题，本人采用溶胶-凝胶法，制备了ZnO纳米颗粒薄膜与有机聚合物材料复合的ZnO电致发光二极管，实现了ZnO的近紫外电致发光，并对其发光机理进行了研究。
　　首先，采用溶胶-凝胶法制备了ZnO纳米颗粒薄膜，并研究了ZnO纳米颗粒薄膜的制备条件和光电性能。在ITO上采用溶胶-凝胶法制备出了粒径比较均匀、表面比较平整的ZnO纳米颗粒薄膜。SEM表征显示，ZnO纳米颗粒粒径约30nm，均匀分布，纳米颗粒薄膜表面平整。这样有利于采用旋涂法在纳米颗粒薄膜表面制备均匀无针孔的有机薄膜。光致发光光谱表明，ZnO纳米颗粒薄膜的光致发光中心在393nm附近，来源于ZnO的带边激子发射，且缺陷发光较弱，这样有利于实现ZnO纳米颗粒薄膜器件的近紫外电致发光。
　　其次，制备了ZnO纳米颗粒薄膜/MEH-PPV异质结的近紫外电致发光二极管，并研究了有机层与ZnO纳米颗粒薄膜厚度变化对该结构器件电致发光性能的影响。采用旋涂的方法在ZnO纳米颗粒薄膜表面制备了MEH-PPV有机层，构造出结构为ITO/ZnO纳米颗粒薄膜/MEH-PPV/LiF/Al的器件。实验结果表明，以3500r/min的转速旋涂有机层制备的器件能够得到较强的ZnO近紫外电致发光，且MEH-PPV发光很微弱。当ZnO纳米颗粒薄膜厚度约为60nm时，所制备的器件稳定性较强且ZnO缺陷发光很微弱。
　　最后，首次尝试制备了ZnO纳米颗粒薄膜/PMMA结构的紫外电致发光器件，并研究了该器件的紫外电致发光性能。实验结果表明，该结构的器件能够实现较强的ZnO近紫外电致发光。并讨论了ZnO与有机材料复合电致发光的机理，认为电子隧穿是ZnO与有机材料构成的复合器件实现近紫外电致发光的关键。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1 引言

1．1 ZnO的基本性质

1．2 纳米材料介绍

1．2．1 纳米材料的发展

1．2．2 纳米材料的基本特性

1．3 ZnO纳米材料的光电特性

1．4 ZnO电致发光研究中存在的问题

1．5 本论文的主要工作及意义

2 ZnO纳米颗粒薄膜的制备与表征

2．1 ZnO纳米材料常用制备方法

2．1．1 气相沉积法

2．1．2 液相反应法

2．1．3 固态反应法

2．2 溶胶-凝胶法制备ZnO纳米颗粒薄膜

2．3 ZnO纳米颗粒薄膜的表征

2．3．1 SEM测量表面形貌

2．3．2 ZnO纳米颗粒薄膜的光致发光

2．4 本章小结

3 ZnO纳米颗粒薄膜与MEH-PPV复合电致发光研究

3．1 MEH-PPV薄膜厚度对器件发光性能影响

3．1．1 不同有机层厚度器件的制备

3．1．2 不同有机层厚度对器件性能影响的测试及结果分析

3．2 MEH-PPV薄膜厚度对器件发光性能影响

3．2．1 不同厚度ZnO纳米颗粒薄膜器件的制备

3．2．2 ZnO纳米颗粒薄膜厚度对器件性能影响的测试及结果分析

3．3 本章小结

4 ZnO纳米颗粒薄膜与PMMA复合电致发光研究

4．1 不同厚度PMMA有机薄膜电子隧穿能力测试

4．1．1 PMMA简介

4．1．2 PMMA有机层制备及电子隧穿测试

4．2 ZnO纳米颗粒薄膜与PMMA复合电致发光器件的研究

4．2．1 ZnO纳米颗粒薄膜与PMMA复合电致发光器件的制备

4．2．2 ZnO纳米颗粒薄膜与PMMA复合器件的测试及结果分析

4．3 ZnO纳米颗粒薄膜与有机材料复合发光机理的讨论

4．3．1 ZnO纳米颗粒薄膜与PMMA复合发光过程

4．3．2 ZnO电致发光器件中有机聚合物材料的选择条件

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

附录

索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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