增强UV LED的透明导电性新方法

ITO跟LED有什么关系?
ITO是一种透明的电极材料,具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性 。 目前ITO膜主要是为了提高LED的出光效率 。
Burstein-Moss效应是什么?

增强UV LED的透明导电性新方法

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Burstein-Moss效应:当半导体重掺杂时,费米能级进入导带,本征光吸收边向高能方向移动的现象 。
在普通掺杂的半导体中,费米能级位于导带与价带之间 。 当n型掺杂浓度上升时,由于电子在导带中集聚,费米能级会慢慢被推到导带之中(可以简单的理解成冰块(费米能级)被增加的水(电子)推到高位) 。
什么是前躯体(precursor)?
前躯体指的是用来合成、制备其他物质的经过特殊处理的配合材料 。
日前中山大学的研究人员发明了一种采用金属有机气相沉积(MOCVD)制备LED结构中氧化铟锡膜(ITO)的工艺,这种方法可以有效的增强UV LED的透明导电特性 。
通常UV LED按照波长分为UVA UVB UVC三种类型 。 目前主要用于水纯净化、生物灭菌消毒、医用诊疗、紫外治疗等领域 。
研究过程
尽管ITO 在可视光谱区域里是一种透明导电层材料,但是对于紫外区域,ITO的透明特性就会逐渐降低 。
因此,中山大学团队设法使用MOCVD技术将光学禁带的宽度拓宽到4.7eV 。 该禁带所激发出的光子波长正好在紫外区域内(364nm) 。
通常UV LED按照波长分为UVA UVB UVC三种类型 。 目前主要用于水纯净化、生物灭菌消毒、医用诊疗、紫外治疗等领域 。
图1  90nm MOCVD工艺ITO膜的光电特性
增强UV LED的透明导电性新方法

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(a)锡流速(Sn flow rate)对于电子密度和迁移率的影响
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(b)MOCVD工艺ITO膜中的UV可见光透过率与不同的锡流速 。
增强UV LED的透明导电性新方法

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(c)不同工艺下的ITO光学禁带对比
中山大学团队首先在蓝宝石表面使用MOCVD技术(生长环境温度为500°C左右)生长90nm ITO膜,前躯体为三甲基铟(trimethyl indium)、四甲基锡(tetrakis-dimethylamino tin)、以及氧氩混合气体 。 最终所得的材料表面附有类金字塔形状(100)和三角形形状(111)的颗粒 。
经过多次研究实验,研究人员发现前躯体的添加速度控制在每分钟350立方厘米会达到最高的自由电子密度(2.15x1021/cm3) 。 同时,光学禁带宽度会达到4.70eV 。 通常氧化铟(In2O3无前躯体)的电子密度仅仅为1.47x1019/cm3,禁带宽度为3.72eV 。
这种禁带宽度的不同主要来自Burstein-Moss效应的影响,此时部分自由电子集聚于低位导带(co