ZnO/NiO芯壳异质结纳米阵列的构筑和光发射效率研究

一维纳米结构体系将在构筑纳米电子和光电器件等功能性元件和集成电路中充当非常重要的角色，已成为当前纳米科技领域的前沿和热点。具有芯壳异质结结构的一维纳米ZnO/NiO阵列有望解决短波长光发射器件的寿命、光发射强度和内量子效率等问题。我们通过构造ZnO/NiO基纳米芯壳结构及其光电性能的研究，借鉴光子晶体有关理论，建立核-壳组合纳米线模型,揭示一维纳米结构中载流子输运过程和表面界面光发射机理，研究其局域结构体系中光电载流子的基本性质，优化器件结构和制备工艺，提高光发射效率，充分发挥一维纳米结构在载流子输运方面的优势。这些研究将为开展新型一维半导体纳米光电器件提供理论及实验上的依据。

在国家自然科学基金的支持下，完成了 “ZnO/NiO芯壳异质结纳米阵列的构筑和光发射效率的研究”项目。实验上：（1）采用低压化学汽相一步沉积方法在GaN/蓝宝石衬底上研制出垂直度优良的ZnO纳米线阵列；研究了i-GaN/ZnO异质结阵列的紫外光电响应；（2）结合GaN纳米线及传统的pn结高响应度优势，构建出自驱动高性能紫外探测器；（3）通过简单的化学气相沉积法，在p型GaN衬底上制备合金化GaxZn1-xO纳米线阵列，GaxZn1-xO纳米线/p-GaN LED器件实现了发光波长从紫外到可见区域的调节，波长红移~100 nm；（4）研制了可弯曲和可编织的柔性p-NiO/n-ZnO异质结紫外光电探测器。理论上：（1）建立了二维芯壳异质结光子晶体模型，针对正方晶格以及三角晶格这两种结构，重点分析了涂覆在芯层介质柱外的壳层材料对光子带隙的影响；（2）建立了正方排列的芯壳型平板光子晶体模型并研究了其光子禁带特性；（3）设计了空气孔型GaN平板光子晶体的简化LED模型，并基于平面波展开法得到了其能带结构，采用FDTD法计算其光取出效率；（4）系统研究了环型二维光子晶体结构完全带隙特性；（5）采用倒装芯片技术、衬底剥离技术以及在LED出光面上添加一维线性光栅结构来提高LED光取出效率。这些研究结果为高取出效率的光子晶体LED设计提供了理论参考。在完成ZnO/NiO芯壳异质结纳米阵列的构筑和光发射效率的研究的同时，基金支持完成了其它工作：（1）CVD法制备Bi2Se3纳米颗粒，Bi2Se3与CdS纳米颗粒共敏化的TiO2纳米棒阵列光电极制备及其PEC性能以及带隙连接情况研究；（2）CVD法制备PbSe纳米颗粒，PbSe与CdS纳米颗粒共敏化的N-TiO2纳米棒阵列光电极制备及其PEC性能以及带隙连接情况研究; （3）Ga填充MgO和SiO2纳米管制备及其热学性能研究；（4）In填充MgO纳米管的制备及其热学性能和电学性能的研究；（5）原位透射电子显微镜电子束辐照下Ga液体在二氧化硅纳米管的异性异标度异质结构中的快速和反常大膨胀研究; （6）用于可携带能量储存的棉线基三维多级纳米结构和基于聚吡洛－二氧化锰－碳纤维复合结构的的超级电容器研究; (7)具有梯度带隙的同轴异质结阵列的半导体ZnO/(CdS)1-x(ZnS)x 敏化太阳能电池研究.