超高遷移率p型CdS納米線：表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜及其光伏器件

【摘要】：低維半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)特性，吸引了廣泛的研究興趣。CdS作為一種重要的II-VI族直接帶隙半導(dǎo)體，室溫下的禁帶寬度為2.42eV，在光電子器件方面有著廣闊的應(yīng)用前景。而摻雜是半導(dǎo)體材料應(yīng)用于器件的關(guān)鍵前提，因此CdS的n型摻雜已經(jīng)被諸多學(xué)者研究并得以實(shí)現(xiàn)。但是，由于受到自補(bǔ)償效應(yīng)的影響，CdS的p型摻雜問(wèn)題至今得不到解決，所以關(guān)于CdS的p型摻雜的研究亟待展開(kāi)。 本文根據(jù)表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜的方法，系統(tǒng)地研究了CdS納米線p型摻雜的問(wèn)題。此外，結(jié)合微納加工工藝，我們構(gòu)建了基于p型CdS納米線的同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)光伏器件，并對(duì)其電學(xué)、光學(xué)等方面的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。具體研究成果如下： 1、采用表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜的方式，在CdS納米線表面包裹MoO_3薄層，國(guó)際上首次制備了高質(zhì)量的p型CdS納米線。通過(guò)對(duì)納米線底柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的電學(xué)測(cè)試得到，包裹MoO_3薄層后，CdS納米線從原來(lái)的弱n型電導(dǎo)轉(zhuǎn)變成p型電導(dǎo)，電阻從3.3×1011降至4.7×103，降幅達(dá)到了7個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而空穴遷移率更是令人驚奇地高達(dá)2035cm~2V~(-1)s~(-1)。多樣品、長(zhǎng)時(shí)間、低溫下等各方面的測(cè)試表明，所制備的p型CdS納米線重復(fù)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)。 2、采用微納加工工藝，合理地構(gòu)建了單根CdS納米線同質(zhì)結(jié)光伏器件。經(jīng)過(guò)類似前面的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過(guò)表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜，n型CdS：Ga納米線也能轉(zhuǎn)變成為p型CdS納米線。在此基礎(chǔ)上，我們制備了單根CdS納米線同質(zhì)結(jié)器件。電學(xué)測(cè)試表明，所制備的單根CdS納米線同質(zhì)結(jié)器件表現(xiàn)出了良好的整流特性，從-2V到2V，整流比高達(dá)1.6×10~2，開(kāi)啟電壓為1.0V，而在低正向偏壓下的理想因子為2.8。同時(shí)，所制備同質(zhì)結(jié)器件展示出了良好的光伏性能。在約1.5mW cm~(-2)的白光照射下，所制備的納米同質(zhì)結(jié)光伏器件的開(kāi)路電壓(VOC)和短路電流密度(JSC)分別為0.10V和of0.72mA cm~2，而填充因子為35.23%，由此而最終算得光電轉(zhuǎn)換效率為1.65%。 3、開(kāi)發(fā)了p型CdS納米線的異質(zhì)結(jié)器件應(yīng)用。在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們制備了p型CdS納米線/n型Si異質(zhì)結(jié)器件。經(jīng)過(guò)電學(xué)測(cè)試和分析表明，所制備的異質(zhì)結(jié)器件的整流特性良好，從-1.5V到1.5V，整流比高達(dá)2.3×10~2，正向開(kāi)啟電壓為0.7V。在低正向偏壓下，可推算得理想因子為2.4。有意義的是，p型CdS納米線/n型Si異質(zhì)結(jié)器件也展示了良好的光伏性能：在1.5mW·cm~(-2)白光照射下，開(kāi)路電壓(VOC)和短路電流密度(JSC)分別達(dá)到了0.15V和of0.52mA·cm~(-2)，而經(jīng)過(guò)推算得填充因子(FF)為19.2%，光電轉(zhuǎn)換效率(η)為0.99%。 【關(guān)鍵詞】：CdS納米線 MoO_3 表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜 p型摻雜 同質(zhì)結(jié) 異質(zhì)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TB383.1;TN304.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 致謝9-10
• 目錄10-12
• 插圖清單12-14
• 表格清單14-15
• 第一章 緒言15-27
• 1.1 納米科技的概述15-16
• 1.1.1 納米科技的產(chǎn)生與發(fā)展15-16
• 1.1.2 納米科技的研究領(lǐng)域16
• 1.2 半導(dǎo)體一維納米材料的研究16-21
• 1.2.2 半導(dǎo)體納米材料的摻雜17-19
• 1.2.3 半導(dǎo)體一維納米材料的合成19-21
• 1.3 納米器件的研究21-25
• 1.3.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件21-22
• 1.3.2 光電器件22-24
• 1.3.3 傳感器件24-25
• 1.3.4 其他功能器件25
• 1.4 課題研究背景與目的25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)藥品、工藝及表征27-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)所需藥品27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)工藝28-32
• 2.2.1 一維納米材料的合成工藝28
• 2.2.2 納米器件制備工藝28-32
• 2.3 表征32-38
• 2.3.1 材料表征32-36
• 2.3.2 器件表征36-38
• 第三章 超高遷移率 p 型 CdS 納米線：表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜38-51
• 3.1 前言38-39
• 3.2 CdS 納米線的表面電荷轉(zhuǎn)移 p 型摻雜39-48
• 3.2.1 CdS 納米線的合成39-42
• 3.2.2 基于表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜 p 型 CdS 納米線場(chǎng)效應(yīng)管的研究42-46
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)解析46-48
• 3.3 基于表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜 p 型 CdS 納米線場(chǎng)效應(yīng)管低溫特性的研究48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 ：?jiǎn)胃?CdS 納米線同質(zhì)結(jié)光伏器件的研究51-56
• 4.1 摻雜 Ga 的 CdS 納米線電導(dǎo)類型的轉(zhuǎn)變51-52
• 4.2 單根 CdS 納米線同質(zhì)結(jié)光伏器件的制備52-54
• 4.3 單根 CdS 納米線同質(zhì)結(jié)光伏器件的電學(xué)特性研究54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 ：基于 p 型 CdS 納米線異質(zhì)結(jié)光伏器件的研究56-60
• 5.1 基于 p 型 CdS 納米線的異質(zhì)結(jié)光伏器件的制備56-57
• 5.2 基于 p 型 CdS 納米線的異質(zhì)結(jié)光伏器件的電學(xué)特性研究57-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第六章 全文總結(jié)60-62
• 參考文獻(xiàn)62-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文69-71

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