基于ZnO单晶衬底的氧化物半导体发光二极管量子效率研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61474121
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0401.半导体材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Due to its wide, direct bandgap of 3.3 eV and large exciton binding energy of 60 meV, ZnO has been proposed as a potential material for the use in electro-optic conversion applications. Currently, relatively low quantum efficiency in the active region is also a key factor, as important as the well-known p-type doping, that limits the development of ZnO-based light-emitting devices. As compared with heteroepitaxy, homoepitaxy of ZnO films on bulk ZnO single crystal has great advantages both in quality control of the film and p-type doping. Therefore, this application plans to research on the quantum efficiency of ZnO-based light-emitting diodes (LEDs) on bulk ZnO. Homoepitaxy of ZnO by using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) will be investigated to obtain high quality ZnMgO/ZnO low-dimensional structures with 2D layer-by-layer growth mode. Active region with high internal quantum efficiency will be designed based on device simulations. MOCVD parameters will be optimized to realize such high quality active region with low non-radiative recombination center number, homogeneous composition, accurate thickness, and abrupt interface. Substrate thinning and substrate transfer technique will be developed to minimize the self-absorption effect of the emitted photons in the material. Surface roughness method such as pyramid microstructures and nanorod arrays will be investigated to enhance the light extraction efficiency. ZnO-based LEDs with high external quantum efficiency will be eventually fabricated, and during this program, oxide semiconductor optoelectronic devices process will be set up.
ZnO由于具备宽直接带隙和大激子束缚能等优异特性,在面向新能源的光电转换材料和器件领域有着广阔的应用前景。目前,低的有源区量子效率是与p型掺杂具有同样重要性的制约ZnO基发光器件发展的关键问题。本项目将利用ZnO单晶衬底在薄膜外延和p型掺杂中的优点,同时规避其对光子自吸收的缺点,开展基于ZnO单晶衬底的氧化物半导体发光二极管量子效率研究。在ZnO单晶衬底上进行薄膜的MOCVD同质外延生长,实现以二维层状模式生长的ZnMgO/ZnO低维异质结构。在器件模拟仿真基础上设计出具有高内量子效率的有源区结构,优化MOCVD生长工艺,减少非辐射复合中心数目,获得组分均匀、厚度精确、界面陡峭的有源区,获得高的内量子效率。采用衬底减薄和衬底转移技术,降低材料对光子的自吸收效应;通过表面粗糙化等手段提高光子的提取效率,从而实现具有高外量子效率的LED器件。在此过程中建立起氧化物半导体光电子器件制备工艺。

结项摘要

ZnO由于具有宽直接带隙和大激子束缚能等优异特性,在面向新能源的光电转换材料和器件领域有着广阔的应用前景。本项目利用ZnO单晶衬底在外延薄膜质量和p型掺杂中的优点,开展了基于ZnO单晶衬底的氧化物半导体发光二极管发光效率改进的研究。项目研究了采用CVD法基于Ga掺杂ZnO单晶衬底上的ZnO纳米线阵列的同质生长,该结构的n型Ga掺杂ZnO导电层和纳米线之间形成了高质量的同质界面,从而有利于载流子的输运,为了验证其实用性,我们的工作首次将这样的Ga掺杂ZnO单晶基ZnO纳米线阵列制备染料敏化太阳能电池。项目采用Mg-N共掺杂的方案对p型ZnO的导电稳定性进行了改进。研究发现Mg的并入对ZnO掺N的掺杂效率具有促进作用。在热退火之后,我们发现MgxZn1-xO:N薄膜中的N相对含量相比ZnO:N薄膜更高,表明了N元素在MgxZn1-xO:N薄膜晶格中更为稳定。研究了n型Al掺杂ZnO薄膜的电学性质随生长及退火条件的变化。研究了ZnO,ZnMgO薄膜的干法和湿法刻蚀工艺。项目研究了ZnO薄膜的金属半导体接触,探索优化了欧姆接触和肖特基接触的制备工艺。在以上工作基础上,项目设计、生长了基于n-ZnO/i-ZnO/p-ZnMgO:N结构的发光二极管器件。项目对ZnO、MoO3、Bi2O3三元体系相图进行了研究,以试图寻找熔岩法生长ZnO单晶的合适助溶剂。为ZnO单晶生长及ZnO的相图的基础数据都提供了重要的实验基础。研究了新型半导体材料α-HgI2晶体的生长和光电性质。研究了一种在紫外光下具有高效杀菌抗菌性能的ZnO多层膜光催化剂涂层的结构设计与制备方法。另外项目还研制了i-MgZnO/p-GaN深紫外探测器以及研究了TiO2电子传输层对钙钛矿太阳能电池的影响。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Crystal Growth of α‑HgI2 by the Temperature Difference Method for High Sensitivity X‑ray Detection
高灵敏度X射线检测温差法生长αHgI2晶体
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Cryst. Growth Des.
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhaojun Zhang;Wei Zheng;Anqi Chen;Kai Ding;Feng Huang
  • 通讯作者:
    Feng Huang
Magnesium incorporation efficiencies in MgZn1-O films on ZnO substrates grown by metalorganic chemical vapor deposition
金属有机化学气相沉积 ZnO 基底上 MgZn1-O 薄膜中镁的掺入效率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chin. Phys. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qichang Hu;Kai Ding
  • 通讯作者:
    Kai Ding
Subsolidus Phase Relations in the ZnO-MoO3-Bi2O3 System
ZnO-MoO3-Bi2O3 体系中的固相线相关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Chinese J. Struct. Chem.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    HU Qichang;Lin Wenwen;Chen Yeqing;Huang Feng
  • 通讯作者:
    Huang Feng

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    谢全明

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ZnO薄膜的MOCVD同质外延生长及相关基础科学问题研究
  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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