ZnO/Si异质结的制备与特性研究_博士论文_学位论文
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ZnO/Si异质结的制备与特性研究
关键词: &&&&&&
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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能带补偿和界面态是影响半导体性能的两个最关键因素,也是最本质的物理根源。本文从能带补偿和界面态两个方面对异质结的电学性能进行了研究。采用p-n扩散模型和Anderson模型讨论了n-ZnO/p-Si异质结的I-V和C-V特性。分析了n-ZnO和p-Si中掺杂浓度,能带补偿等因素对异质结性能的影响。基于Shockley p-n结模型,分析在n-ZnO/p-Si异质结耗尽区两侧n-ZnO和p-Si中平衡载流子浓度之间的关系,讨论了n-ZnO/p-Si异质结的内建电势对光电压的影响,并给出了n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池I-V特性表达式。和同质结相比,n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池可以获得更高的开路电压, n-ZnO/p-Si这类结构的异质结可以提高太阳能电池的光电转换效率,尤其是用在聚光太阳能电池。对n-ZnO/n-Si异质结理想状态下I-V和C-V特性进行了研究,由于n-ZnO与n-Si两种半导体的费米能级的相对位置不同,构成的n-ZnO/n-Si异质结表现出两种完全相反整流特性。在细致平衡理论基础上,针对异质结电池在结处由于能带不连续而形成载流子运动势垒可能对光生载流子的运输存在阻碍作用,建立了异质结太阳能电池的光电转换模型,给出了基于细致平衡理论的异质结太阳能电池的极限效率的计算方法,推导出n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池光照下的I-V特性表达式以及最大光电转换效率的求法,并求出在理想情况AM1.5的光照下n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池最大转换效率可达到29%。由于ZnO/Si异质结界面处由于晶格不匹配而形成大量的界面态。和是分子晶体,物质特性比较柔软,虽然CuI、CuSCN的热膨胀系数不同,但分别与与Si和ZnO形成异质结时界面处不会产生较大应力,不会有大量位错和缺陷形成,不会产生大量界面态。为了更好地研究CuI和CuSCN薄膜的钝化作用,分别制备了n-ZnO/p-CuI、p-CuI/n-Si和p-CuSCN/n-Si异质结,其中CuI和CuSCN薄膜是采用连续离子层沉积法制备的,n-ZnO薄膜是化学浴法制备。制备的n-ZnO/p-CuI异质结二极管具有良好的整流特性,3V正反电压下测量的整流比达600。理想因子与制备的n-ZnO/p-Si异质结相比,理想因子要小很多,说明界面态小很多。制备p-CuI/n-Si和p-CuSCN/n-Si异质结都具有良好的整流特性和光电效应。采用磁控溅射法制备的ZnO/Si异质结具有良好的整流特性和光电效应,分别插入CuI和CuSCN界面钝化层能够减小ZnO/p-Si异质结的界面态,其中CuI效果最好,几乎不形成界面态,测量的表观内建电势与运用功函数计算的内建电势接近。插入CuI和CuSCN薄膜能够提高ZnO/p-Si异质结的整流比。但是对于ZnO/n-Si异质结,插入CuI和CuSCN界面钝化层后,由于降低了生长的ZnO薄膜的质量,从而无法提高异质结的电性能。
摘要&&5-7ABSTRACT&&7-14第一章 绪论&&14-19&&1.1 研究背景&&14-17&&1.2 论文结构的安排&&17-19第二章 理想状态下 的特性研究&&19-69&&2.1 理想状态下ZnO/p-Si 异质结的&&19-36&&&&2.1.1 ZnO/p-Si 异质结的能带结构-Anderson 模型&&19-20&&&&2.1.2 对Anderson 定则的修正&&20-23&&&&2.1.3 外加正向电压小于内建势垒高度时ZnO/p-Si 异质结的伏安特性&&23-25&&&&2.1.4 外加正向电压大于内建势垒高度时ZnO/p-Si 异质结的伏安特性&&25-28&&&&2.1.5 分析与讨论&&28-35&&&&2.1.6 结论&&35-36&&2.2 C-V 法分析ZnO/p-Si 异质结的内建电势&&36-38&&&&2.2.1 理想状态下的内建电势&&36-37&&&&2.2.2 界面态对内建电势的影响&&37-38&&2.3 ZnO/p-Si 异质结的特性&&38-45&&&&2.3.1 ZnO/p-Si 异质结的光电压与内建势垒的关系&&39-42&&&&2.3.2 ZnO/p-Si 异质结在光照下的I-V 特性&&42-45&&2.4 理想ZnO/n-Si 异质结的伏安特性&&45-57&&&&2.4.1 Anderson 模型分析ZnO/n-Si 异质结的能带结构&&45-49&&&&2.4.2 n-Si 的费米能级低于n-ZnO 费米能级时ZnO/n-Si 异质结的伏安特性&&49-56&&&&2.4.3 n-Si 的费米能级高于n-ZnO 费米能级时ZnO/n-Si 异质结的伏安特性&&56-57&&2.5 C-V 法分析ZnO/n-Si 异质结的内建电势&&57-59&&&&2.5.1 理想状态下C-V 法分析ZnO/n-Si 异质结的内建电势&&57-58&&&&2.5.2 存在界面态C-V 法分析ZnO/n-Si 异质结的内建电势&&58-59&&2.6 理想ZnO/Si 异质结的光电转换效率&&59-67&&&&2.6.1 基于细致平衡理论的异质结太阳电池的光电转换模型&&59-64&&&&2.6.2 计算ZnO/Si 异质结太阳能电池的极限转换效率&&64-67&&2.7 本章小结&&67-69第三章 ZnO/p-Si 异质结的制备与特性研究&&69-92&&3.1 ZnO/p-Si 异质结的制备与特性研究&&69-77&&&&3.1.1 ZnO/p-Si 异质结制备&&69-70&&&&3.1.2 ZnO/p-Si 异质结的晶体结构&&70&&&&3.1.3 ZnO/p-Si 异质结的I-V 特性&&70-72&&&&3.1.4 ZnO/p-Si 异质结的C-V 特性&&72-74&&&&3.1.5 实验结果分析与讨论&&74-77&&3.2 p-/n-ZnO 异质结二极管&&77-85&&&&3.2.1 CuI 的制备&&77-78&&&&3.2.2 p-CuI/n-ZnO 异质结二极管&&78-79&&&&3.2.3 p-CuI/n-ZnO 异质结的晶体结构&&79-80&&&&3.2.4 p-CuI/n-ZnO 异质结的I-V 特性&&80-82&&&&3.2.5 p-CuI/n-ZnO 异质结的C-V 特性&&82&&&&3.2.6 实验结果分析与讨论&&82-85&&3.3 ZnO/CuI/p-Si 与ZnO//p-Si 异质结的特性&&85-91&&&&3.3.1 ZnO/CuI/p-Si 与ZnO/CuSCN/p-Si 异质结的XRD 特性&&85-86&&&&3.3.2 ZnO/CuI/p-Si 与ZnO/CuSCN/p-Si 异质结的I-V 特性&&86-88&&&&3.3.3 ZnO/CuI/p-Si 与ZnO/CuI/p-Si 异质结的C-V 特性&&88-89&&&&3.3.4 实验结果分析与讨论&&89-91&&3.4 本章小结&&91-92第四章 ZnO/n-Si 异质结的制备与特性研究&&92-119&&4.1 ZnO/n-Si 异质结的制备与特性研究&&92-101&&&&4.1.1 在n-Si 片上制备的 ZnO 薄膜的晶体结构&&92-93&&&&4.1.2 ZnO/n-Si 异质结的I-V 特性&&93-96&&&&4.1.3 ZnO/n-Si 异质结的C-V 特性&&96-98&&&&4.1.4 实验结果分析与讨论&&98-101&&4.2 界面钝化层对ZnO/n-Si 异质结性能的影响&&101-117&&&&4.2.1 n-Si/p-CuI 与n-Si/p-CuSCN 异质结的制备&&101-102&&&&4.2.2 n-Si/p-CuI 异质结的实验结果&&102-107&&&&4.2.3 n-Si/p-CuSCN 异质结的实验结果&&107-111&&&&4.2.4 界面钝化层对ZnO/n-Si 异质结性能的影响&&111-117&&4.3 本章小结&&117-119结论&&119-121参考文献&&121-135攻读博士学位期间取得的研究成果&&135-137致谢&&137-139附件&&139
> 数理科学和化学 >贵金属与GaAs(110)界面上费米能级位置的测定--《半导体学报》1985年03期
贵金属与GaAs(110)界面上费米能级位置的测定
【摘要】：本文报道了用I-I＇法测量在超高真空中n型GaAs(110)解理面上制备的Cu、Ag、Au二极管的肖特基势垒高度,以及用同步辐射的软X射线光电子谱测定的Cu在n型GaAs(110)上界面费米能级的位置.两种方法的结果符合得很好.贵金属在n型GaAs(110)上界面费米能级的位置处于导带以下0.9±0.05eV处,相当于同样数值的势垒高度,并与缺陷模型中的施主能级的位置相对应.
【作者单位】：
【正文快照】：
近年来尽管人们对GaAs(1 10)解理面上肖特基势垒的形成的研究做了大量的工作[1],但是用各种不同方法和不同来源的数据之间仍然存在着一定程度的分歧.因此,从实验上精确测定在接近于理想条件下形成的肖特基势垒的高度仍然具有实际意义.利用传统的I一V法测定肖特基势垒高度切可
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官方公众微信表面改性对ZnO光电化学性能的影响机制及其密度泛函数理论计算研究
ZnO因其低成本、较高的稳定性和光催化活性、低毒性等优点被公认为优良的半导体光催化剂。相比于TiO2，ZnO具有优良的电子传输率；另外，通过控制ZnO的形貌结构并经过一定的改性修饰可明显提升 ZnO的光催化和光电化学性能。因此，本文基于多孔ZnO纳米棒(ZnO NRs)材料，探究表面改性工艺对其光催化性能的影响机制。然后，进一步基于密度泛函理论对不同元素掺杂的ZnO晶胞进行第一性原理计算，探索元素掺杂修饰对于ZnO光催化性能提高的原因。　　本文首先通过水热法制备多孔ZnO NRs材料，通过金属 Ag和碳点(C-dots)改性修饰多孔ZnO NRs材料，并研究其光催化和...展开
ZnO因其低成本、较高的稳定性和光催化活性、低毒性等优点被公认为优良的半导体光催化剂。相比于TiO2，ZnO具有优良的电子传输率；另外，通过控制ZnO的形貌结构并经过一定的改性修饰可明显提升 ZnO的光催化和光电化学性能。因此，本文基于多孔ZnO纳米棒(ZnO NRs)材料，探究表面改性工艺对其光催化性能的影响机制。然后，进一步基于密度泛函理论对不同元素掺杂的ZnO晶胞进行第一性原理计算，探索元素掺杂修饰对于ZnO光催化性能提高的原因。　　本文首先通过水热法制备多孔ZnO NRs材料，通过金属 Ag和碳点(C-dots)改性修饰多孔ZnO NRs材料，并研究其光催化和光电化学。光催化降解性能结果表明：Ag和碳点改性ZnO能有效提高ZnO的光催化性能，其中摩尔分数为3％Ag和质量分数为1.2%碳点改性ZnO NRs光催化剂分别表现出最佳的光催化性能；进一步的光催化苯酚降解实验结果表明，纳米Ag颗粒改性ZnO NRs对苯酚的降解过程存在明显的影响。深入分析发现：Ag和碳点在光催化剂中起到光生电子载体的作用，能够促进光生电子与空穴的有效分离，从而增强光催化性能。　　为了深入研究掺杂元素对ZnO光催化性能的影响，进一步基于光催化原理利用DFT理论探究金属(Fe、Cu、Cd)、非金属(B、N、S)掺杂ZnO的电子结构和光学性能。研究表明：通过不同元素掺杂ZnO可以改变其近费米能级的电子态密度和并相应改变其电子结构，掺杂ZnO由于外层电子的差别的光学性能也有一定的提高。通过元素的掺杂，能够使得ZnO能带结构、电子态密度、光学性能发生变化，这有利于提高ZnO的光催化性能。收起
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