增強(qiáng)UV LED的透明導(dǎo)電性新方法

作者：時間：2018-07-30 來源：網(wǎng)絡(luò)

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ITO跟有什么關(guān)系?

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201807/384431.htm

ITO是一種透明的電極材料，具有高的導(dǎo)電率、高的可見光透過率、高的機(jī)械硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。目前ITO膜主要是為了提高LED的出光效率。

Burstein-Moss效應(yīng)是什么?

Burstein-Moss效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體重?fù)诫s時，費米能級進(jìn)入導(dǎo)帶，本征光吸收邊向高能方向移動的現(xiàn)象。

在普通摻雜的半導(dǎo)體中，費米能級位于導(dǎo)帶與價帶之間。當(dāng)n型摻雜濃度上升時，由于電子在導(dǎo)帶中集聚，費米能級會慢慢被推到導(dǎo)帶之中(可以簡單的理解成冰塊(費米能級)被增加的水(電子)推到高位)。

什么是前軀體(precursor)?

前軀體指的是用來合成、制備其他物質(zhì)的經(jīng)過特殊處理的配合材料。

日前中山大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種采用金屬有機(jī)氣相沉積(MOCVD)制備LED結(jié)構(gòu)中氧化銦錫膜(ITO)的工藝，這種方法可以有效的增強(qiáng)UV LED的透明導(dǎo)電特性。

通常UV LED按照波長分為UVA UVB UVC三種類型。目前主要用于水純凈化、生物滅菌消毒、醫(yī)用診療、紫外治療等領(lǐng)域。

研究過程

盡管ITO 在可視光譜區(qū)域里是一種透明導(dǎo)電層材料，但是對于紫外區(qū)域，ITO的透明特性就會逐漸降低。

因此，中山大學(xué)團(tuán)隊設(shè)法使用MOCVD技術(shù)將光學(xué)禁帶的寬度拓寬到4.7eV。該禁帶所激發(fā)出的光子波長正好在紫外區(qū)域內(nèi)(364nm)。

通常UV LED按照波長分為UVA UVB UVC三種類型。目前主要用于水純凈化、生物滅菌消毒、醫(yī)用診療、紫外治療等領(lǐng)域。

圖1 90nm MOCVD工藝ITO膜的光電特性

(a)錫流速(Sn flow rate)對于電子密度和遷移率的影響

(b)MOCVD工藝ITO膜中的UV可見光透過率與不同的錫流速。

(c)不同工藝下的ITO光學(xué)禁帶對比

中山大學(xué)團(tuán)隊首先在藍(lán)寶石表面使用MOCVD技術(shù)(生長環(huán)境溫度為500°C左右)生長90nm ITO膜，前軀體為三甲基銦(trimethyl indium)、四甲基錫(tetrakis-dimethylamino tin)、以及氧氬混合氣體。最終所得的材料表面附有類金字塔形狀(100)和三角形形狀(111)的顆粒。

經(jīng)過多次研究實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)前軀體的添加速度控制在每分鐘350立方厘米會達(dá)到最高的自由電子密度(2.15x1021/cm3)。同時，光學(xué)禁帶寬度會達(dá)到4.70eV。通常氧化銦(In2O3無前軀體)的電子密度僅僅為1.47x1019/cm3，禁帶寬度為3.72eV。

這種禁帶寬度的不同主要來自Burstein-Moss效應(yīng)的影響，此時部分自由電子集聚于低位導(dǎo)帶(conduction band)中，因此需要更多的光子能量將電子從價帶(valence band)中激發(fā)出來。研究人員表示使用該方法將禁帶寬度拓寬了0.98eV，這種接近1eV的提升是及其少見的。

同時，研究人員還認(rèn)為MOCVD工藝能夠改良晶格畸變問題(Lattice distortion)，晶格畸變是造成ITO窄禁帶寬度的一種原因。

圖2 LED的外延結(jié)構(gòu)