ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的改善研究

摘要

现今,人们对短波长发光器件的需求日益增长。一维的ZnO纳米材料具有独特的物理化学和光电特性,可应用于紫外发光二极管,成为了人们研究的热点。但由于其发光效率低以及P型掺杂困难,并没有得到广泛的应用。本文中,我们采用简单的水热法,制备出了高度取向的ZnO纳米棒阵列。利用此种ZnO纳米棒,制备了基于ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结的近紫外发光二极管,并对改善其近紫外电致发光性能进行了研究。
　　 首先,我们研究了ZnO纳米棒的制备条件以及有机层厚度对ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的影响。采用两步法在ITO衬底上制备出所需的ZnO纳米棒阵列。SEM表征说明,ZnO纳米棒整齐地垂直于衬底,棒直径约为30nm,长度约为100nm。XRD表征说明,ZnO纳米棒为纤锌矿结构,沿C轴取向性生长。通过光致发光测试,在350nm的激发光激发下,得到了波长位于380nm的近紫外发光峰。因此,所制备的ZnO纳米棒具有很好的质量。而后制备出器件ITO/ZnO/ZnO纳米棒/MEH-PPV/Al。室温下可检测到380nm的近紫外电致发光。通过研究纳米棒的生长时间、有机层厚度对器件发光性能的影响,总结了ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光的适合条件。
　　 其次,我们研究了空穴缓冲层对ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的改善。以热蒸发的方法,在ITO衬底上沉积了ZnS或MoO3薄膜作为空穴缓冲层,并在其上生长ZnO纳米棒。构造出的器件结构为ITO/Zns(或MoO3),/ZnO/ZnO纳米棒/MEH-PPV/Al。正向偏压下,得到了较强的波长位于380nm的近紫外发光。实验结果表明,ZnS缓冲层的加入对器件的近紫外发光性能提高较大,相同直流电压驱动下,亮度可提高将近10倍,并且器件的启亮电压也明显降低。因此,我们得到了一种操作简单、成本低廉的制备近紫外电致发光器件的方法。此方法在一维纳米ZnO的制备及应用领域具有创新性。最后,深入分析了不同厚度的ZnS缓冲层影响器件发光性能的原因。实验发现,随着ZnS厚度的增加,ZnO的缺陷发光和MEH-PPV的发光相对增强,由XRD和SEM测试发现,ZnS的厚度增加后,ZnO的结晶变差,由此导致的缺陷发光相对增强。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 ZnO的基本特性

1.2 纳米材料介绍

1.2.1 表面与界面效应

1.2.2 量子尺寸效应

1.2.3 小尺寸效应

1.2.4 宏观量子隧道效应

1.2.5 介电限域效应

1.3 ZnO纳米材料的研究现状

1.3.1 ZnO纳米结构的制备

1.3.2 ZnO光学性质的研究

1.3.3 高质量n型ZnO的研究

1.3.4 p型ZnO材料的研究

1.4 存在的问题

1.5 本论文的主要工作

2 ZnO纳米棒的制备

2.1 水热法制备高度取向性的ZnO纳米棒阵列

2.1.1 ZnO纳米晶薄膜的制备

2.1.2 ZnO纳米棒的制备

2.1.3 ZnO纳米棒的生长机理

2.2 ZnO纳米棒的表征

2.2.1 样品形貌的SEM表征

2.2.2 样品的XRD表征

2.2.3 ZnO纳米棒的光致发光光谱的研究

2.2.4 本章小结

3 器件的制备与测试过程中所需仪器和设备

4 提高ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的研究

4.1 ZnO纳米棒的生长时间对器件的电致发光性能的影响的研究

4.2 有机层厚度对器件近紫外电致发光性能的影响

4.3 本章小结

5 利用空穴缓冲层改善ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的研究

5.1 MoO3空穴缓冲层对ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的影响

5.1.1 器件的制备

5.1.2 实验结果分析

5.2 ZnS缓冲层对ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的影响

5.2.1 器件的制备

5.2.2 实验结果分析

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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