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基本信息

书名：新型氧化锌基光电材料

定价：28元

作者：蒋大勇

出版社：机械工业出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787111446941

字数：

页码：103

版次：1

装帧：平装

开本：16

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《新型氧化锌基光电材料》介绍了新型氧化锌基光电材料的制造工艺和应用状况。《新型氧化锌基光电材料》主要对MSM结构ZnO肖特基型紫外光电探测器、可见盲与太阳盲MgZnO紫外光电探测器、n-ZnO/p-NiO异质结、高温高压下MgZnO的制备、高温高压下ZnO低阻透明陶瓷的制备、高温高压下p型ZnO陶瓷的制备、Sn掺杂ZnO纳米线和Sn、Mn共掺杂等进行了深入的分析和探讨。《新型氧化锌基光电材料》可供从事新型ZnO基光电材料研究、开发、生产的科技工作者以及相关专业的本科生、研究生阅读参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《新型氧化锌基光电材料》 一、 材料概述与研究背景 在现代科技飞速发展的浪潮中，光电材料以其在能源转换、信息存储、显示技术以及传感器等领域的关键作用，成为学术界和工业界的研究热点。氧化锌（ZnO），作为一种性能优异的宽禁带（Eg ≈ 3.37 eV）半导体材料，因其独特的物理化学性质，如良好的光学透过性、高载流子迁移率、以及在紫外区域的强烈激子发光等，为开发新一代光电器件提供了坚实的基础。 长期以来，氧化锌及其衍生物在光电器件中的应用研究取得了显著进展。然而，随着技术的不断演进，传统氧化锌材料在某些方面的性能瓶颈逐渐显现，例如激子结合能的优化、发光效率的提升、以及对特定波长光照的响应灵敏度等。这些挑战促使研究人员不断探索新型氧化锌基光电材料，旨在突破现有技术的局限，实现更高性能、更广泛应用的光电器件。 本书《新型氧化锌基光电材料》正是应时代需求而生，它并非简单罗列现有氧化锌材料的性质，而是着眼于“新型”二字，深入探讨如何通过材料设计、结构调控、组分优化以及复合化等手段，赋予氧化锌材料以全新的、更优越的光电性能。本书旨在全面、深入地介绍当前在氧化锌基光电材料领域取得的最新研究成果和前沿技术，为相关领域的科研人员、工程师以及对该领域感兴趣的学生提供一份详实的参考资料。 二、 材料的制备与表征技术 本书首先将系统性地介绍各种新型氧化锌基光电材料的制备方法。这包括但不限于： 薄膜制备技术： 详述脉冲激光沉积（PLD）、磁控溅射（MS）、化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）等主流薄膜生长技术在制备高质量氧化锌基薄膜中的应用，重点关注如何通过工艺参数的优化（如基底温度、反应气体压强、沉积速率等）来控制薄膜的结晶度、表面形貌以及载流子浓度。 纳米结构制备技术： 深入探讨一维纳米结构（如纳米线、纳米棒、纳米带）、二维纳米结构（如纳米片、纳米盘）以及零维纳米结构（如量子点）的合成方法，包括水热/溶剂热法、模板法、蒸发-冷凝法、以及自组装技术。重点分析不同制备方法对纳米结构形貌、尺寸以及光学和电学特性的影响。 复合材料制备： 介绍如何通过将氧化锌与其他半导体材料（如CdS、TiO2、Ga2O3）、金属纳米粒子、碳材料（如石墨烯、碳纳米管）或聚合物进行复合，来协同提升材料的光电性能。详细阐述复合过程中界面工程、量子尺寸效应以及异质结形成等关键因素。 掺杂与缺陷工程： 详细阐述通过引入不同元素（如Mg, Al, In, Ga, N, F等）进行掺杂，或通过控制氧空位、金属间隙等缺陷浓度，来调节氧化锌的能带结构、载流子类型和浓度，从而优化其导电性和光学性质。 在材料制备的基础上，本书将系统性地介绍用于表征这些新型氧化锌基光电材料的先进技术，以全面理解其结构、光学和电学特性： 结构表征： X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等，用于分析材料的晶体结构、微观形貌、纳米尺寸和表面粗糙度。 化学组分与电子态表征： X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、能量色散X射线谱（EDX）等，用于确定材料的化学组分、元素价态以及表面化学环境。 光学性能表征： 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、光致发光光谱（PL）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等，用于研究材料的吸收特性、发光机制、激子行为、光学带隙以及声子散射。 电学性能表征： 霍尔效应测量、四探针法、开尔文探针力显微镜（KPFM）等，用于测量材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、功函数以及表面电势分布。 光电性能关联分析： 结合多种表征手段，深入分析材料的结构、化学状态与光电性能之间的内在联系，揭示影响器件性能的关键因素。 三、 新型氧化锌基光电材料的设计理念与性能优化 本书的核心内容将聚焦于“新型”氧化锌基光电材料的设计理念和性能优化策略。我们将从多个维度深入探讨： 宽禁带调控与紫外光电器件： 固溶体材料： 深入研究MgZnO、ZnMgO等固溶体材料的制备与性能，通过调节Mg的含量来有效调控其光学带隙，使其适用于深紫外（DUV）光电探测器、紫外LED以及紫外激光器的研发。 纳米结构工程： 探讨通过控制ZnO纳米结构（如纳米线、纳米片）的尺寸和形貌，实现其光学带隙的量子尺寸调控，从而使其对特定紫外波段的光敏感。 缺陷工程与导电性增强： 分析氧空位、金属间隙等固有缺陷对ZnO导电性的影响，并研究通过掺杂或热处理等方法，精确控制缺陷浓度，以优化载流子浓度和迁移率，提高导电性能。 发光性能的提升与全色发光： 激子发光增强： 探讨通过钝化表面缺陷、引入钝化层（如Al2O3、SiO2）或构筑ZnO/ZnMgO超晶格结构，来抑制非辐射跃迁，显著提升ZnO的紫外激子发光效率。 可见光发光调控： 深入研究ZnO中氧空位、金属间隙等缺陷与可见光发光（绿光、黄光等）的关联，探索通过精确控制缺陷类型和密度，实现ZnO基可见光发光材料的设计，并进一步研究其在LED和显示领域的应用潜力。 掺杂诱导发光： 介绍通过引入稀土元素（如Eu, Tb, Dy）或过渡金属元素（如Mn, Fe）掺杂，实现ZnO的特征发光，构建高效的掺杂发光材料，为开发彩色LED提供新的途径。 载流子传输与高效光电器件： 高迁移率沟道材料： 深入研究ZnO纳米线、纳米带等低维结构在场效应晶体管（FET）中的应用，重点关注如何通过优化生长条件、表面修饰和栅介质设计，实现高载流子迁移率，提升器件的开关比和响应速度。 透明导电氧化物（TCO）的改进： 探讨新型掺杂体系（如In-Ga-Zn-O, IGZO；Al-doped ZnO, AZO）在透明导电薄膜方面的性能提升，以及其在薄膜太阳能电池、触摸屏和OLED中的应用。 异质结与p型ZnO研究： 深入分析ZnO基异质结（如ZnO/GaN, ZnO/Si）的界面特性和载流子传输机制，以及开发稳定的p型ZnO材料面临的挑战与可能的解决方案，为构建高性能光电器件奠定基础。 复合材料的协同效应与多功能化： ZnO/聚合物复合材料： 介绍将ZnO纳米结构与导电聚合物（如PEDOT:PSS）或光敏聚合物复合，用于柔性光电器件、光电传感器和光伏电池。分析界面电荷转移和能量转移过程。 ZnO/碳材料复合材料： 探讨ZnO与石墨烯、碳纳米管的复合，利用碳材料优异的导电性和大的比表面积，提升ZnO基光电器件的载流子收集效率和光催化活性。 ZnO/其他半导体复合材料： 研究ZnO与TiO2、CdS、WS2等半导体的异质结构建，利用能带失配形成内建电场，促进光生载流子的分离和传输，提高光电转换效率。 四、 新型氧化锌基光电材料的应用前景展望 本书的最后部分将着眼于未来，深入探讨新型氧化锌基光电材料在各个领域的广阔应用前景： 高性能光电器件： 紫外光电探测器： 介绍基于ZnO纳米结构和固溶体的宽谱、高响应、高灵敏度紫外光电探测器的设计和制备，其在光通信、火焰探测、环境监测等领域的应用。 LED和激光器： 展望基于新型ZnO基材料的高效紫外/可见光LED和激光器的发展，包括全色LED和深紫外激光的实现。 薄膜太阳能电池： 讨论ZnO基透明导电薄膜和缓冲层在薄膜太阳能电池（如CIGS、CdTe、有机太阳能电池）中的作用，以及开发新型ZnO基光伏材料的潜力。 传感器技术： 气体传感器： 探讨ZnO纳米结构在气体传感器中的应用，利用其对特定气体分子的吸附和催化作用，实现对有毒有害气体的灵敏检测。 生物传感器： 研究将ZnO材料与其他生物识别元件（如酶、抗体）结合，开发高灵敏度和选择性的生物传感器，用于疾病诊断和环境监测。 压力和力传感器： 介绍利用ZnO压电效应和纳米结构，开发高灵敏度的压电纳米发电机和力传感器。 柔性与可穿戴电子设备： 柔性显示： 探讨ZnO基薄膜材料在柔性显示屏中的应用，如柔性LED、OLED和电子纸。 可穿戴传感器： 介绍将ZnO基光电器件集成到可穿戴设备中，实现对生理信号、环境参数的实时监测。 其他新兴应用： 光催化： 探讨ZnO基材料在光催化降解污染物、水分解制氢、二氧化碳还原等绿色能源和环境保护领域的应用。 信息存储： 研究ZnO基材料在非易失性存储器和光存储介质方面的潜力。 结论 《新型氧化锌基光电材料》一书，旨在系统性地梳理和介绍这一前沿研究领域的核心进展。通过对材料的制备、表征、设计理念、性能优化以及未来应用的全面阐述，本书期望能够激发更多研究者对氧化锌基光电材料的兴趣，推动该领域的研究向更深入、更广泛的方向发展，并最终为人类社会在能源、信息、环境和健康等多个领域带来革命性的技术进步。本书内容严谨，逻辑清晰，力求为读者提供一份全面、深入、前瞻性的专业参考。