硫族半導體材料電子結構計算及其量子點電致發(fā)光器件.pdf

1、硫族半導體材料作為一類重要的半導體材料，具有良好的光電特性，被廣泛地應用于顯示和照明等領域。本文主要研究了ZnS和PbS兩種典型的硫族半導體材料。首先采用第一性原理模擬計算方法，對閃鋅礦結構的ZnS、ZnS：Er以及面心結構的PbS進行了計算，分析了材料的電子結構、光學性質以及它們之間的聯(lián)系，尤其是分析了摻雜前后ZnS電子結構和光學性質的變化，為實驗數據的分析提供了理論依據。接著，將制備的ZnS：Er和PbS量子點用于發(fā)光層材料，將PV

2、K和MEH-PPV有機物作為功能層制備了量子點電致發(fā)光器件，對器件的電致發(fā)光光譜進行了分析，探討了有機功能層對量子點發(fā)光器件性能的改善。
　　1)采用第一性原理的超軟贗勢和廣義梯度近似(GGA-PBE)，對2×2×1超晶胞結構的ZnS及其替代式摻雜Er3+離子后的超晶胞(Er3+離子濃度分別為6.25％和12.5%)進行了模擬計算，計算中Monkhorst-Pack網格點選為2×2×4，平面波截斷能選為360 eV。計算結果表明，

3、純ZnS為直接帶隙半導體，Er3+離子摻雜之后的體系能帶變窄，導致吸收光譜紅移。分析摻雜Er3+離子之后的電子結構，發(fā)現(xiàn)Er3+離子的4f態(tài)形成了一個新的獨立能帶，使得摻雜之后體系的吸收效率有所提高；
　　2)對面心結構的PbS先計算進行了不同截止能下體系總能量的收斂性測試，選取了450 eV作為最優(yōu)截止能進行計算。計算得出導帶的最低點與價帶的最高點位于同一個對稱點L處，帶隙值約為0.54 eV，說明面心結構的PbS為直接帶隙半導

4、體材料。在在光學性質分析中，計算出體系的吸收譜，反射譜以及損耗函數譜。
　　3)制備了單層和雙層ZnS：Er器件以及PVK/ZnS：Er復合薄膜發(fā)光器件。分析器件電致發(fā)光譜發(fā)現(xiàn)在電壓較低時，電子先注入到能態(tài)較低的ZnS缺陷能級，而Er3+離子俘獲電子的概率較低，因此只獲得ZnS基質的光。隨著電壓值的升高，注入的電子逐漸向ZnS高能態(tài)的缺陷能級注入，使得發(fā)射出的光發(fā)生藍移現(xiàn)象。當電壓繼續(xù)增加高于一定電壓后，電子被Er3+離子俘獲的幾

5、率增大，被俘獲的電子由4F92躍遷到基態(tài)，發(fā)射出650nm的光。與ZnS：Er電致發(fā)光器件相比，PVK/ZnS：Er復合薄膜發(fā)光器件的光譜發(fā)生寬化，通過擬合光譜，初步認為是因為PVK、ZnS基質以及Er3+離子共同被激發(fā)發(fā)光的原因導致；
　　4)制備了單層MEH-PPV、單層PbS量子點以及MEH-PPV/PbS復合薄膜電致發(fā)光器件，對比三者的電致發(fā)光譜發(fā)現(xiàn)，在MEH-PPV/PbS復合薄膜器件中，加入的MEH-PPV薄膜降低了電