II-VI族纳米同质结可控制备及其光电子器件的研究

纳米PN结是纳米光电子器件的核心，其中同质结的研究尤为重要。II-VI族非氧化物纳米结构虽具有优良光电性质，但由于在互补掺杂、PN结制备、器件集成等方面的困难，其纳米同质结的研究仍相对滞后，阻碍了其应用的进程。本项目拟以器件应用为导向，系统开展ZnSe、ZnS等宽禁带准一维半导体纳米同质结的制备及光电子器件研究。在前期的工作基础上，以器件表征指导合成工艺的优化，实现可控P、N型掺杂，进而以原位多步生长、滑蹭法纳米线交叠等改进的PN结制备工艺，制备具有轴向、径向、交叠等多种结构的纳米同质结，建立同质结结构与性能的关系。通过预先排布同质结实现器件工艺简化，以光刻等低成本技术构筑纳米同质结光电子器件，并结合阵列式同质结生长以及定向、定位排布，探索器件组装与集成的可能途径。本项目的开展，对于促进II-VI族纳米材料在纳米光电子领域中的应用具有重要意义。

一维II-VI 族纳米结构具有优异的光电性能，其在纳米光电子器件领域的应用备受人们的关注。然而由于自补偿效应、低掺杂浓度和深受主能级等因素的限制，II-VI纳米结构的可控p、n型掺杂一直是个难点，其纳米同质PN结难以实现，因此阻碍了其应用的发展。在本项目的支持下，我们在II-VI族纳米材料控制合成与掺杂、纳米同质/异质PN结的构筑及其高性能光电器件等方面都取得重要进展：通过使用V族掺杂剂（Sb、P、Bi）或I族掺杂剂（Ag），我们实现了ZnS、ZnSe、ZnTe等II-VI族纳米结构的高浓度P型掺杂，并利用掺杂对其光学和电学特性进行了调制。同时，通过使用III族掺杂剂（Ga、Al），我们也实现了II-VI族纳米结构的有效N型掺杂。为解决杂质引入对II-VI族纳米结构性能的影响，我们还率先提出一种表面电荷转移掺杂方法，实现了II-VI族纳米结构无损、高浓度P型掺杂，从而为纳米结构高效可控掺杂提供了新的思路。在此基础上，我们发展了一系列基于II-VI族纳米结构同质/异质结的高性能光伏与光电探测器件，并对它们的工作机理与性能提高展开了深入研究。我们工作有力推动了II-VI族纳米结构在纳米光电子领域的应用。