金属纳米颗粒包裹氧化锌微米线基电致波导发光器件研究

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AI项目解读

基本信息

项目摘要

Zinc oxide (ZnO) microwires (MWs) based electroluminescent devices have important aspects. In order to realize electrically waveguide light-emitting devices, two tipical challenges and key scientific problems needed to be overcome, such as the suppression and adjustment of the surface defect modes of ZnO MWs, and the construction of hybrid waveguide structures along with the direction the ZnO MWs. So far, due to ZnO MWs metal-semiconductor-metal (MSM) structures, electrode contact properties, wavelength of the electroluminescent center, and emission region depend on the morphology and size of ZnO MWs. In consequence, the physical mechanism of electroluminescence is not clear and further investigation is expected. Meanwhile, while possessing natural resonant cavities, ZnO MWs are an ideal platform to design laser diodes, efficient light emitting devices (LED) and so on. But the gain area is restricted to the cross section. There is no relevant device structure, which can be used to modulate the resonant mode of photons confined within the cross section into the waveguide resonant modes along the length direction of ZnO MWs. This project aims at that, the characteristics of metal-semiconductor contact, the EL properties and emission mechanism of the device will be studied owing to the MSM structures, which will be designed based on bare ZnO MWs, and metal nanoparticles aggregation ccoated ZnO MWs, as well as electrically driven plasmon mediated non-radiative energy transfer between the surface defect modes of ZnO MWs and the localized surface plasmon modes of metal nanoparticles. This project also helps to further explore the modulation of surface defect states on account of metal nanoparticles aggregation, and the transport process of photons in the form of waveguide mode by means of surface plasmon wave, which excited by hybrid plasmonic waveguide nanostructures. Therefore, with the aid of this project, electrically induced waveguide light emitting devices can be achieved.
氧化锌(ZnO)微米线基电致发光器件在诸多方面有重要的应用前景,实现ZnO微米线基电致波导发光器件需要克服两个普遍难题和关键问题:抑制微米线表面缺陷态,构建沿着微米线长度方向的波导结构。目前单根ZnO微米线金属-半导体-金属(MSM)结构的电极接触属性、发光中心以及发光区域严重依赖于微米线形貌与尺寸,电致发光的机理还不够透彻;ZnO微米线具有天然微腔结构,增益区域受限于微米线的横截面,目前还没有相关器件结构能够实现将光子的谐振模式转化为沿着微米线长度方向的波导谐振模式。本项目基于单根ZnO微米线和金属纳米颗粒包裹的微米线MSM结构,研究器件的电极属性、发光来源,以及金属纳米颗粒表面等离子体介入下的非辐射能量转移过程,探索金属纳米颗粒聚集体对微米线表面缺陷态的调制,表面等离子体波调制光子的输运过程以实现将光子限域在沿着微米线长度方向的波导模式之中,有望实现基于单根微米线的电致波导发光器件。

结项摘要

本项目研究过程中,我们针对单根ZnO微米线以及超晶格微米线基可控性生长、n-型有效掺杂,单根微米线基高品质的光学谐振腔的构筑,单根微米线基荧光灯丝光源的构筑及其发光特征的调控,单根微米线异质结基发光二极管的构筑与调控研究等方面展开了研究。相应的研究结果分别发表在Small, Adv. Funct. Mater., ACS Photonics, Nanoscale,等国际刊物发表SCI论文19篇, 包括封面或封底报道论文4篇,培养6名博士获得学位。主要的进展与创新成果列举如下: .(1) 通过调控生长条件,实现了ZnO微米线横截面的可控性生长;在针对ZnO微米线电学特性的改性上,实现n-型ZnO微米线的有效掺杂,极大的调控ZnO微米线单根导电能力;此外,采用两步气相沉积合成方法可以实现超晶格结构微米线的生长,实现了光子的波导传输特性的调控。.(2) 基于单根Ga掺杂的ZnO微米线极大的增强了微米线的导电能力以及较高的结晶质量,可实现单根微米线类似于荧光灯丝发光的可见光灯丝光源,发光区局限于微米线的中间区域;通过改变微米线中Ga掺杂的浓度可进一步调控单根微米线荧光灯丝光源的发光中心波长,因此我们构筑一种新型的 “semiconducting emitters”。.(3) 通过旋涂或者溅射的方式在微米线表面制备一层金属纳米结构,可调控单根微米线荧光灯丝光源的发光特征,比如发光颜色和发光中心波长;该发光特征的调控来自于金属表面等离激元以非辐射形式衰减诱导的热电子再注入至微米线形成载流子的态填充所主导。.(4) 基于单根ZnO:Ga微米线和p-GaN衬底,我们制备了以近带边发光为主导型单根微米线异质结发光二极管,该能极大的抑制ZnO:Ga/p-GaN结区界面处的发光,将结区耗尽层限域在ZnO:Ga微米线中;随微米线中Ga元素含量的增加,可实现异质结二极管在紫外波段发光可调谐。.(5) 采用两步法气相沉积实验方法生长单根ZnO/ZnO:Ga超晶格微米线,这种微米线可用于构筑发光具有波导结构的荧光灯丝光源;且单根微米线异质结基发光二极管实现了激子-极化发光模式,发光具有一定的波导效应,实现了电驱动下波导电致发光器件.

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Broadband Photoresponse Enhancement of a High-Performance t-Se Microtube Photodetector by Plasmonic Metallic Nanoparticles
通过等离子体金属纳米颗粒增强高性能 t-Se 微管光电探测器的宽带光响应
  • DOI:
    10.1002/adfm.201602408
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Hu, Kai;Chen, Hongyu;Fang, Xiaosheng
  • 通讯作者:
    Fang, Xiaosheng
Electrical-pumping spasing action from cross-stacked microwires
交叉堆叠微丝的电泵浦作用
  • DOI:
    10.1039/c9tc03537k
  • 发表时间:
    2019-09-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li, Zhanguo;He, Gaohang;Shen, Dezhen
  • 通讯作者:
    Shen, Dezhen
Lasing mode regulation and single-mode realization in ZnO whispering gallery microcavities by the Vernier effect
游标效应在 ZnO 回音壁微腔中的激光模式调节和单模实现
  • DOI:
    10.1039/c6nr04943e
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Wang Yueyue;Xu Chunxiang;Jiang Mingming;Li Jitao;Dai Jun;Lu Junfeng;Li Panlin
  • 通讯作者:
    Li Panlin
ZnO film UV photodetector with enhanced performance: heterojunction with CdMoO4 microplates and the hot electrons injection effect of Au nanoparticles
性能增强的ZnO薄膜紫外光电探测器:CdMoO4微板异质结和Au纳米颗粒的热电子注入效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Weixing Ouyang;Feng Teng;Mingming Jiang;Xiaosheng Fang
  • 通讯作者:
    Xiaosheng Fang
Wavelength-Tunable Waveguide Emissions from Electrically Driven Single ZnO/ZnO:Ga Superlattice Microwires
电驱动单 ZnO/ZnO:Ga 超晶格微线的波长可调波导发射
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b00851
  • 发表时间:
    2019-03-27
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Jiang, Mingming;Mao, Wangqi;Shi, Daning
  • 通讯作者:
    Shi, Daning
共 12 条
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其他文献

Lasing behavior modulation in a layered cylindrical microcavity
分层圆柱形微腔中的激光行为调制
  • DOI:
    10.1007/s00340-014-5958-z
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Applied Physics B: Lasers and Optics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李泮麟;徐春祥;姜明明;戴俊
  • 通讯作者:
    戴俊
利用P波接收函数研究青藏高原东南缘地幔转换带结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    地球物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白一鸣;艾印双;姜明明;何玉梅;陈棋福
  • 通讯作者:
    陈棋福
基于立方相MgZnO薄膜的高响应度深紫外探测器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王双鹏;陈星;姜明明;李炳辉;赵东旭;刘雷;刘可为;单崇新;申德振
  • 通讯作者:
    申德振
失真代价动态更新的自适应彩色图像隐写算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电子与信息学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汤光明;姜明明;孙艺
  • 通讯作者:
    孙艺
不同生长条件下ZnO薄膜电学性质的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振中;姚斌;李炳辉;王双鹏;姜明明;赵东旭;单崇新;刘雷;申德振
  • 通讯作者:
    申德振
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基于氧化锌微米线与银薄膜的表面等离子体Fabry-Perot微腔研究
  • 批准号:
    11404328
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
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    青年科学基金项目