核壳结构合金Cu纳米线合成及AlGaN基深紫外LED透明欧姆电极研究

Metal nanowire networks hold a great promise, which have well met most of the transparent electrode requirements such as high transmittance, broad transparent window, low resistance, and mass production. These advantages provide potential applications in modern optoelectronic devices, e.g., touch screen, light emitting diode (LED), and solar cell. During the fabrication of deep ultraviolet LEDs, the difficulty in making transparent ohmic electrode to AlGaN conducting layer has highly constrained the rapid development. In this project, we propose the synthesis of core-shell alloy@Cu nanowires on the basis of superfine Cu nanowires and the fabrication of ohmic type electrode to high-Al-content n, p-AlGaN conducting layer in DUV-LEDs. The solution method by using oleylamine is to be employed for the nanowire synthesis with precursors of organometallic salts. The selection of metals will meet the rule of work function match between metals and AlGaN. Such metals Ni, Ti, Sn, or V will be coated on the sidewall surface of Cu nanowires to form a core-shell structure. Photolithography and imprint techniques are used to make patterned conducting film with nanowire networks on AlGaN layer. After the optimization of the treatment of high pressure and annealing under provided atmosphere, ohmic contact could be achieved to high-Al-content AlGaN. Finally, this ohmic electrode transparent in ultraviolet region will be applied in DUV-LED chips on board. New concepts and important principles are to be proposed for extending applications of metallic nanowires in new research areas of advanced ultraviolet optoelectronic devices.

金属纳米线网络作为高透光率、宽透光窗口、低电阻率的透明电极材料，在触摸屏、发光二极管、太阳能电池等方面具有巨大的应用潜力。针对AlGaN基深紫外LED中透明欧姆电极难以制作的难题，本课题立足原有合成超细Cu纳米线的研究基础，拟合成核壳结构的合金Cu纳米线，研究深紫外波段透明电极材料，实现高Al组分（> 40%）n、p型AlGaN的新型欧姆电极制作。利用油胺液相合成法，以金属有机盐为反应物，在超细Cu纳米线上包裹具有与AlGaN功函数较匹配的金属（如Ni、Ti、Sn、V等）或其合金，形成核壳结构的Cu纳米线。采用光刻和压印技术，制作纳米线网络透明电极于AlGaN导电层，通过高压和退火技术，促使其形成欧姆接触的深紫外透明电极，并在LED器件结构上应用。结合表征技术和模拟计算，阐明纳米线网络式接触的尖端电注入特殊机制，揭示形成欧姆接触的条件和规律，为新型透明电极的深紫外应用提供科学依据。

深紫外LED在生化探测、杀菌消毒、聚合物固化、非视距通讯及白光照明等领域都具有重大市场价值及广阔应用前景。但其光电效率的提升一直是大家关注的重要课题。由于在波长很短的深紫外区域，普通材料都有较强的光吸收作用（300 nm以下），透明电极材料难以获得。金属纳米线网络则作为深紫外高透光率、宽透光窗口、低电阻率的透明电极材料，在触摸屏、发光二极管、太阳能电池等方面具有巨大的应用潜力。.本项目针对AlGaN基深紫外LED中透明欧姆电极难以制作的难题，在原有合成超细Cu纳米线的研究基础上，进行了探索性的核壳结构的合金Cu纳米线的合成，及其在深紫外波段透明电极的应用研究。最终，实现高Al组分（> 40%）n、p型AlGaN的新型欧姆电极制作和正出光结构深紫外LED器件的制备，取得一系列重要结果。（1）利用油胺液相合成法，以金属有机盐为反应物，建立超细Cu纳米线的Cl离子钝化方法，合成世界上最细、性能最优的Cu纳米线；（2）提出一炉法快速核壳Cu纳米线结构合成技术，实现了超细Cu纳米线上包裹各种指定金属壳层及合金壳层，且其厚度精确可调；（3）世界上首次实现Cu基核壳纳米线可调功函数特性，获得具有与p-AlGaN功函数较匹配的金属（如Ni、Ti、Sn、V等）或其合金，并通过快速退火工艺实现欧姆接触；（4）制备完整正出光结构深紫外LED并成功点亮，获得尖锐深紫外发光，波长278 nm。开启电压和传统电极LED相当< 6.3 V。结合表征技术和模拟计算，阐明纳米线网络电极的分散点接触模式的针尖放电注入机制，建立新一套迥异于传统电极接触的纳米电极体系，具有重要突破的科学意义。结果发表国际前沿SCI论文及国际会议邀请报告20篇，申请发明专利10项，获得授权6项，翻倍完成任务，获省部级奖励多项。.本项目的结果，将为新型高效深紫外光电子器件的发展提供新的思路和关键技术，将透明电极的应用范围大幅扩大，且将影响柔性透明电子器件领域的发展。相关成果受到学术节及产业界的肯定和特别关注，并已签订部分专利授权使用许可意向书。