光照和掺杂对ZnO场发射2浅析.ppt

光照和掺杂对ZnO场发射 特性的影响 研二下学期组会报告 摘要 本文通过溶胶凝胶-水热两步法制备了不同浓度Ag掺杂的ZnO。通过XRD和扫描电镜表征了材料的晶体结构和形貌特征。 Ag掺杂ZnO的PL谱出现了两个新的430nm和500nm可见光发射峰，分别为Ag掺杂能级和氧空位发射峰，说明Ag掺杂有助于增加氧空位浓度。 测试场发射特性，随着掺杂浓度的增加，场发射电流密度有了明显的提高，但是开启电场几乎不变，并且F-N曲线呈现非线性。Ag掺杂使得ZnO呈现低电场和高电场两个区域的电子发射。可见蓝光辐照下，发射电流得到提高，所有的样品都呈现两个区域的场发射模式。 通过分析F-N的非线性，比较功函数，可得光照下发射模式可分为四种， 低电场条件下 1、导带的电子发射到真空能级， 高电场条件下 2、价带的电子跃迁到导带发射到真空能级， 3、氧空位能级电子吸收光子跃迁到锌间隙能级发射到真空中， 4、Ag掺杂能级的电子吸收光子发射。 不同的条件下的场发射过程，都能用这四种发射模式解释。μ 引言 ZnO材料的优点： ZnO是一个很有前途的半导体材料，室温下禁带宽度为 Eg为3.37 eV，具有大的激子束缚能60meV，能够在室温下实现紫外激光发射[1]。有很突出的光学性质和场发射特性。所以在场发射器，高能级加速器，电子显微镜，X-射线源，阴极映像管显示器，微波放大器的应用上备受关注[3-6]。 ZnO掺杂的研究：众所周知，不同元素的掺杂，能增加半导体的电学，光学，磁学和场发射性质.近年来，ZnO纳米结构掺杂III（Al，In，Ga）和IV (Sn, Pb)元素的研究的很多[7-8]Jyh-Liang Wang 研究了Al掺杂ZnO的场发射特性，结果表明Al掺杂能够增加场发射电流密度，减低开启电场，增加场增强因子。Yunhua Huang表明了In掺杂的ZnO纳米线能够提高场发射性质，同时呈现了两个区域的电子发射过程，与本文中实验结果很相似。 掺杂ZnO光照研究：此外还有Farid JS讨论了Sn掺杂的ZnO光增强场发射特性。文章表明0.5%浓度的掺杂使得Zno的光增强场发射性质特别明显。所以，我们可以得出掺杂和光照都能改善ZnO的场发射性质。 Ag掺杂ZnO光照:Ag作为I族元素和贵金属，易替换Zn[10-11], 此外，Ag离子有显著的光催化效应[11-13]和表面等离子体增强效应[14-15]，是ZnO的理想掺杂元素。然而，除了III，IV族元素，Ag掺杂ZnO的场发射研究的很少。同时，关于光辅助纳米线场发射的研究越来越多，光源都是大功率卤素灯[7，16，17]和不同波长的激光[18-21]。 光源选LED:但是LED有功率大，颜色多，波长单色性很好，环保低成本的优点。所以本文研究了ZnO Ag掺杂和可见蓝光LED灯辐照下的场发射特性. 本文中，通过简单的两步法制备得到ZnO纳米棒。讨论了纯ZnO,Ag掺杂ZnO，LED灯辅照纯ZnO，LED灯辐照Ag 掺杂ZnO 的场发射性质。通过F-N非线性曲线讨论掺杂和光照对场发射性能的提高。 0% Ag 紫外光辐照对ZnO场发射的影响 参考文献：Improved Field Emission Properties ofAg-Decorated Multi-Walled Carbon Nanotubes 0%掺银 0%掺银 紫外光辐照对ZnO场发射的影响 5.23 ANSYS 模拟 新的拟合 0.5% 0.5%掺银 3月9号---完整版 分段拟合 0% 掺Ag 激子能级 V0 Zni ZnO VZn Oi OZn 施主能级 受主能级 Eg=3.37ev Ev Ec 复合发光 蓝光 紫外 绿光 1.75 1.2 2.9 2.4 0.3 0.4 0.9 1.0 1.5 0.2%---光开关作用 光开光作用不是很明显 e- emission pattern V0 ZnO Zni VZn Oi OZn 施主能级 受主能级 Eg=3.37ev Ev Ec a b c 0.3 0.4 0.9 1.0 1.5 1.2 1.75 2.4 2.9 φa=5.3ev φb=8.67ev φc=5.77ev 1 2 3 photon e- emission pattern V0 ZnO Zni VZn Oi OZn 施主能级 受主能级 Eg=3.37ev Ev Ec a b d c Ag 0.44 0.3 0.4 0.9 1.0 1.5 1.2 1.75 2.4 2.9 φa=5.3ev,φb=8.67ev,φc=5.77ev,φd=5.6ev, 1 2