Sb、Cu高浓度掺杂ZnO纳米阵列的白光与波长可调可见光LED的定量研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11674113
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    70.0万
  • 负责人：
    高义华
  • 依托单位：
    华中科技大学
  • 学科分类：
    A2002.凝聚态物质力热光电性质
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Some problems such as defects and strains in film optoelectronic devices can be solved by using one dimensional (1D) nanostructures since they can provide new strategy and material platform due to their special characteristics in physics and chemistry. Since phosphor powders are overused for present GaN based white LED, we hope to overcome this weak point and obtain white and visible LED with no-phosphor, high efficiency, low working voltage and adjustable color temperature. In our research, we will fabricate pn hetero-junctions of ZnO nanoarrays with high Sb, Cu doping concentration on GaN film; we will quantitatively study the control mechanism of the Sb, Cu doping concentration, the device microstructure and the imposed bias voltage on the concentration of carries, energy levels, internal build-in electric field, conduct (valence) -band offset and movement of light emission wavelength. This research will take advantages of 1D nanostructure in doping and carries transport, solve the problems in band gap engineering, unstable p-type doping and the low density and mobility of carriers, quantitatively reveal the mechanism of white and visible light emission in ZnO/GaN LED, and grasp the core technology of new type white and visible LED in the end.
一维纳米结构体系的独特物理和化学性质有望解决传统薄膜光电器件中缺陷、应力等难以解决的问题，为光电器件的发展提供新的物质载体与思路。鉴于当今GaN基的白光LED过分依赖荧光粉调节，本项目拟克服此缺点，研制出无需荧光粉调节的、高效的、低电压工作的色温可调型白光和波长可调的可见光LED器件。通过对一维纳米ZnO阵列进行高浓度的Sb、Cu掺杂，构造ZnO纳米阵列/GaN薄膜基底的异质pn结；定量研究材料的高掺杂浓度、器件微结构和外加电压对材料载流子浓度和迁移率、器件中材料能级、内建电场、导（价）带能级差的调控和发射光波长偏移等的影响。本研究将发挥一维纳米结构在掺杂和载流子输运方面的优势，采用理论和实验结合方法，通过定量掺杂来解决ZnO纳米线中能级跃迁难调控、p型掺杂不稳定和载流子浓度与迁移率低的问题, 探索ZnO白光和可见光的发射机理，掌握新型白光和可见光LED的核心技术。

结项摘要

一维纳米结构体系的独特物理和化学性质有望解决传统薄膜光电器件中缺陷、应力等难以解决的问题，为光电器件的发展提供新的物质载体与思路。鉴于当今GaN基的白光LED过分依赖荧光粉调节，本项目拟克服此缺点，研制出无需荧光粉调节且无紫外光成分的、高效可低电压工作的色温可调型白光和波长可调的可见光LED器件。.本项目通过LPCVD法，在GaN基底上实现高质量、大面积、取向有序的Sb、Cu高浓度掺杂的图案化ZnO纳米线阵列的可控制备。采用原位阴极光谱（CL）技术，研究单根纳米线的发光特性。结合低温PL谱和常温PL谱技术，探究出高掺杂浓度对能级的调控关系。对单根掺杂ZnO异质结纳米线，利用透射电镜的原位全息电子显微术研究内建电场区域在外加电压下的宽度变化与电荷积累密度变化，确认电压调控电致发光波长的机制。研制出由Sb、Cu掺杂浓度、纳米线长度和外加电压调控的、在低电压下工作波长可调可见光发光二极管(LED)。但在低压下实现图案化ZnO纳米阵列的白光LED的难点未能充分解决。同时此项目还通过化学气相沉积法构建NiO/单层MoSe2 p-n结结构的红外光LED，稀土元素Yb/Er共掺杂的双层WSe2/MoSe2 LED等二维材料LED；以及锰离子掺杂的CsPbBr3纳米晶构筑的粉色钙钛矿LED。为进一步研究新型二维材料的光电性质，本项目也研究了石墨烯/钙钛矿、MXenes/Si、MXenes/MoS2和Au/MoS2等复合结构为基础的光电探测器。.本研究发挥了一维纳米结构在掺杂和载流子输运方面的优势，采用理论和实验结合方法，通过定量掺杂来解决ZnO纳米线中能级跃迁难调控、p型掺杂不稳定和载流子浓度与迁移率低的问题，探索ZnO白光和可见光的发射机理，掌握新型白光和可见光LED的核心技术，并推广到二维材料型LED和钙钛矿型LED等新型发光器件及光电探测器的应用领域中。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
A highly flexible and sensitive piezoresistive sensor based on MXene with greatly changed interlayer distances.
基于MXene的高度灵活、灵敏的层间距离变化较大的压阻传感器
  • DOI：
    10.1038/s41467-017-01136-9
  • 发表时间：
    2017-10-31
  • 期刊：
    Nature communications
  • 影响因子：
    16.6
  • 作者：
    Ma Y;Liu N;Li L;Hu X;Zou Z;Wang J;Luo S;Gao Y
  • 通讯作者：
    Gao Y
The underlying micro-mechanism of performance enhancement of non-polar n-ZnO/p-AlGaN ultraviolet light emitting diode with i-ZnO inserted layer
i-ZnO插入层非极性n-ZnO/p-AlGaN紫外发光二极管性能增强的底层微观机制
  • DOI：
    10.1063/1.5010594
  • 发表时间：
    2018-01
  • 期刊：
    Applied Physics Letters
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    F. Jiang;J.W. Chen;H. Bi;L.Y. Li;W.K. Jing;J. Zhang;J.N. Dai;R.C. Che;C.Q. Chen;Y.H. Gao
  • 通讯作者：
    Y.H. Gao
Monolayer MoSe2/NiO van der Waals heterostructures for infrared light-emitting diodes
用于红外发光二极管的单层MoSe2/NiO范德华异质结构
  • DOI：
    10.1039/c9tc04481g
  • 发表时间：
    2019-11
  • 期刊：
    J. Mater. Chem. C
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    C.Y. Wang;Z. Kang;Z. Zheng;Y.N. Zhang;L.W. Zhang;J. Su;Z. Zhang;N.S. Liu;L.Y. Li;Y.H. Gao
  • 通讯作者：
    Y.H. Gao
Ag nanoparticles modified large area monolayer MoS2 phototransistors with high responsivity
Ag纳米颗粒修饰的高响应度大面积单层MoS2光电晶体管
  • DOI：
    10.1364/oe.25.014565
  • 发表时间：
    2017-06-26
  • 期刊：
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Jing, Wenkui;Ding, Nan;Gao, Yihua
  • 通讯作者：
    Gao, Yihua
Strategies for Air-Stable and Tunable Monolayer MoS2-Based Hybrid Photodetectors with High Performance by Regulating the Fully Inorganic Trihalide Perovskite Nanocrystals
通过调节全无机三卤化物钙钛矿纳米晶体实现空气稳定、可调谐单层 MoS2 基混合光电探测器的高性能策略
  • DOI：
    10.1002/adom.201801744
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Adv. Opt. Mater.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    L.W. Zhang;S.L. Shen;M. Li;L.Y. Li;J.B. Zhang;L.W. Fan;F. Cheng;C. Li;M. Zhu;Z. Kang;J. Su;T.Y. Zhai;Y.H. Gao
  • 通讯作者：
    Y.H. Gao

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其他文献

纳米管温度计. (CSCD收录)
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    电子显微学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    高义华;Golberg D;李玉宝;刘宗文;占金华;王月姣;Dorozhkin P;张清风;韩祥云;Tovstong S;板东义雄;张洪意;黄德修
  • 通讯作者：
    黄德修
不同横向尺寸单层Ti_3C_2T_x纳米片的制备及其电化学性能研究
  • DOI：
    10.15541/jim20190088
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    无机材料学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    马亚楠;刘宇飞;余晨旭;张传坤;罗时军;高义华
  • 通讯作者：
    高义华

其他文献

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AI项目解读示例

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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