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。
PN junction;II-VI nanostructures;surface charge transfer doping;homojunction;
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。