文摘

氧化锌/ Si捏造了垂直旋转氧化锌nanoflakes p型单晶硅上通过使用旋转涂布技术。光致发光光谱的成熟和退火氧化锌/ Si垂直记录的激发下336海里。Multipeaks∼360海里和∼430 nm之间从退火氧化锌/ Si,分析了垂直的起源已被归因于一个或多个LO声子的影响。的整流效应可以观察到典型的设备基于氧化锌/ Si垂直。尽管获得的参数通过分析当前density-voltage特点是远离那些从理想设备,相信氧化锌/ Si垂直在目前的工作将在光电子领域潜在的候选人通过调节和优化工艺条件。

1。介绍

作为一种重要的功能氧化物半导体,纳米氧化锌提供了一个有趣的前景领域的光电设备通过操纵形态、掺杂、和结构组成(1- - - - - -6]。钙钛矿的太阳能电池,氧化锌被用作TiO的替代品2因其效率高(7]。基于p型硅,氧化锌已被用作一种n型材料制作氧化锌/ Si垂直。太阳能电池基于氧化锌/ Si垂直许多团体都经过了广泛的研究,并取得了一些令人兴奋的结果8- - - - - -10]。但光伏效率的设备基于氧化锌/ Si垂直仍不满意。为了提高性能,例如,Pietruszka和Knutsen包含锌1 - x毫克xO层到ZnO-Si界面调整导带偏移量,从而导致递减影响复合中心的接口(9,10]。侯赛因已经沉积非晶氧化锌ZnO-Si改善界面的界面钝化和减少氧化物的形成,改善和开路电压显示超过20% (8]。钟的小组在氧化锌掺杂铝构造一个高效的electron-selective接触提高性能(11]。在发光二极管的研究,方的研究小组已经包含高频振荡器2到异质结界面改善氧化锌的光发射/ Si垂直[12- - - - - -14]。提高设备性能的另一种方法是制作高质量的氧化锌构建高效光电设备。脉冲激光沉积和金属有机化学气相沉积应用,这是昂贵的和高真空大气中进行15]。旋转涂布技术是一种简单的方法,它的特点是有很多好处,例如,成本效益,没有真空,并易于制造大面积薄膜的简单或复杂的基质(16,17]。

在目前的工作中,氧化锌/ Si垂直已经通过旋转涂布技术制作的。336纳米的激发下,光致发光(PL)光谱是成年人和退火氧化锌/ Si垂直记录,和multipeaks起源的调查。原型装置的电子参数,分析了基于退火氧化锌/ Si垂直。

2。实验

氧化锌的制备nanoflakes如下。首先,分析试剂,硝酸锌(0.015摩尔),氢氧化钠(0.06摩尔),混合到70毫升去离子水。混合物转移到一个高压釜充满了∼70%解决方案和固定在烤箱。烤箱的温度从室温上升到 30分钟。持续2 h后 ,高压蒸汽从烤箱取出。自然冷却后为1.5 h,白色沉淀剂在高压釜与去离子水清洗三次,然后过滤和干燥。然后,白色沉淀剂添加到乙醇和在室温下搅拌20分钟。p型单晶硅是放置在旋转涂布平台,然后解决掉了在硅衬底上。旋转涂布机被设定在2000 rpm 5分钟。重复上述过程,直到所需的厚度。涂硅衬底是干空气大气中1 h,然后分成两个部分。相比之下,其中一个是退火 在氩气氛2 h。为了研究氧化锌/ Si垂直的电气性能,电极Ag)捏造氧化锌薄膜和硅,分别利用直流磁控溅射方法,和Ag) /氧化锌/ Si / Ag)的三明治结构构造。

形态和结构性能的氧化锌nanoflakes,成熟和退火氧化锌/ Si垂直,通过场发射扫描电镜(FE-SEM,房子6700 f) 15千伏的加速电压;高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM jem - 2100 f)的加速电压200 kV;和X射线衍射(XRD、Panalytical X 'Pert Pro)与铜- x射线源( = 1.5046)。吸收光谱的退火氧化锌/ Si垂直获得使用UV-vis-IR分光光度计(日本岛津公司、uv - 3150)积分球探测器。PL光谱测量用双光栅荧光谱仪(HORIBA FL3-22)氙灯作为激励源。当前density-voltage(电流-电压)属性进行了RST 5200电化学工作站(SRS仪器有限公司,中国)。

3所示。结果与讨论

XRD氧化锌nanoflakes模式,是成年人和退火氧化锌/ Si垂直,如图所示1(一)。峰值位于∼ ,∼ ,∼ ,∼ ,∼ ,∼ ,和∼ 对应的衍射(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(112)的飞机从氧化锌(JCPDS: 01-089-7102),分别。通过对比XRD的成熟模式和退火氧化锌/ Si垂直的半宽度(应用)的衍射峰从退火氧化锌/ Si远低于成熟的氧化锌/ Si垂直。指出的大小nanostructural氧化锌氧化锌/ Si垂直退火处理后增加。

(一)
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图1
(一)从氧化锌nanoflakes XRD模式,是成年人和退火氧化锌/ Si垂直。(b)的TEM图像氧化锌剥落从退火氧化锌/ Si垂直。插图:顶视图退火氧化锌/ Si垂直。(c, d) HR-TEM图像位置标记星号和五角星形,分别。

图的插图1 (b)显示退火氧化锌/ Si垂直的形态。为了研究精细结构,氧化锌被剥落的退火氧化锌/ Si垂直和被转移到铜网测量。图1 (b)给出了TEM氧化锌nanoflakes的形象。HR-TEM图像的位置标记星号和五角星形图1 (b)如数据所示1 (c)和1 (d),分别。从数据1 (c)和1 (d),我们可以观察到许多区域明显的晶格条纹的距离测量和显示。晶格边缘0.278∼∼0.259 nm,对应于(100)和(002)飞机,分别。从SEM、TEM和HR-TEM图像,得出氧化锌nanoflakes很大的贡献大小使用提供的方法在目前的工作做好了准备。如何获得均匀大小的氧化锌纳米结构将在我们未来的工作完成。

336海里的激发下,两个发射带的PL光谱是成年人和退火氧化锌/ Si可获得垂直,见图2(一个)。紫外线发射频带和蓝绿色发射频带之间之间∼∼360∼430 nm和430 nm和∼600海里,分别。图的插图2(一个)给的光谱吸收率和阴谋 vs。 从退火氧化锌/ Si垂直(18]。通过分析的情节 vs。 ,带隙的退火氧化锌/ Si可以计算垂直∼3.316 eV(∼374海里)19,20.]。相信紫外线发射是归因于从氧化锌nanoflakes带隙的排放。然而,相比明显红移计算带隙可以观察到的,这是由于更多的表面缺陷21]。氧空位位于∼0.9 eV氧化锌的价带22- - - - - -25]。结合了氧化锌的带隙nanoflakes,我们认为蓝绿色排放源自从传导带过渡到氧气空缺。PL谱是成年人的氧化锌/ Si垂直,紫外线辐射强度比蓝绿色的排放要少得多。进行了退火处理后,然而,紫外线辐射强度大大得到了改进。紫外线和蓝绿色排放的峰值位置是独立的退火处理。而PL退火氧化锌/ Si垂直,可以观察到多个山峰之间∼360 nm和∼430海里,这是位于∼375海里(3.307∼eV),∼385海里(3.221∼eV),∼395海里(3.139∼eV),∼406海里(3.054∼eV),和∼418海里(2.967∼eV)短的波长向长波长,分别。相邻的两个峰之间的能量差异可以估计∼86伏,∼82伏,∼85伏,分别∼87伏,。在幽谷的作品和雷诺26,27],LO声子∼72伏被讨论了氧化锌的发射带。在目前的工作,多个LO声子被归因于multipeaks∼360∼430 nm之间14,28,29日]。

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图2
(一)PL光谱是成年人和退火氧化锌/ Si垂直。插图:的情节 vs。 从退火氧化锌/ Si垂直。(b)衰变曲线的PL退火氧化锌/ Si垂直∼393∼500 nm。

为了研究发射动力学,(30.]的衰变曲线PL光谱从退火氧化锌/ Si垂直393∼∼500 nm 450纳米以下激励进行了分析和图所示2 (b)。安装的数据biexponential衰变函数如下(29日,31日]: 在哪里 代表了发射光谱带强度和 和 的相对权重两个指数衰减时间常数 和 ,分别。通过分析方程(1),估计衰减时间常数 和 240.7∼273.7 ps和∼ps紫外发射光谱带和ns和8.05∼61.8∼ns蓝绿色发射光谱带,分别。紫外发射光谱带,273.7∼ps的一生是归因于束缚激子复合,和240.7∼ps的一生源于自由激子复合(29日]。蓝绿色发射频带,有生之年ns和8.1∼61.8∼ns源自氧化锌nanoflake表面附近的缺陷(32]。

电流-电压特性是成年人和退火Ag /氧化锌/ Si / Ag)垂直测量在室温下,如图3(一个)。从图3(一个),明显的整改效果。是成年人的氧化锌/ Si垂直,∼的正向电流密度0.05 mA /厘米2获得了∼正向应用电压的6.36 V。然而,退火氧化锌/ Si垂直∼的正向应用电压6.36 V,正向电流密度是0.42∼mA /厘米2。爆发,它还可以观察到电压的电流密度∼1.0 mA /厘米2却降低了从1.46 V至0.81∼∼V后退火处理。

(一)
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(b)
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图3
(一)电流-电压和(b) dV/ d (ln我)我的属性是成年人和退火氧化锌/ Si垂直。

为了研究典型的设备的参数基于氧化锌/如果在目前的工作,d的情节V/ d (ln我),我通过分析电流-电压特性如图所示3 (b),可以表示如下(33]: 在哪里 是电流密度, 串联电阻, 是理想的因素, 玻耳兹曼常量, 是电子电荷, 是设置为300 K的温度在目前的工作。根据方程(2)、斜坡和拦截可以获得通过使用线性,如图3 (b)。污水的系列电阻可以估计安装线和计算∼15.34欧姆/厘米2和14.5∼欧姆/厘米2分别是成年人和退火氧化锌/ Si垂直。理想的因素,可以估计从拟合直线的截距34),分别是53.7和37.2∼∼。这是表明,退火处理可以提高性能的氧化锌/ Si垂直。尽管获得的参数,如理想因素,离理想的设备(35),相信的性能基于氧化锌/ Si垂直旋转涂布技术目前的工作可以通过调制来改善和优化制备条件。

4所示。结论

氧化锌/ Si垂直已经通过旋转涂布技术制作的。紫外发射光谱带的退火氧化锌/ Si垂直,multipeaks曾被观察到。发射的起源乐队已经详细讨论。退火处理后,氧化锌/ Si垂直设备的性能已得到改进。然而,获得电气参数是远离的理想设备。相信氧化锌/ Si垂直在目前的工作将会是一个有前途的候选人在光电子器件领域通过优化制备条件。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

丫马骏,Pengfei霁负责采集、分析、解释数据的工作。勇李参加了起草或修订工作至关重要的知识内容。Yueli歌同意负责所有方面的工作在确保相关问题的准确性或完整性的任何部分工作适当的调查和解决。

确认

这项工作得到了河南省自然科学基金(批准号202300410304)和关键科学技术研究项目的教育部门河南省(批准号21 a140021)。