23468

طراحي، شبيهسازي و ساخت نانوساختارهاي اكسيدروي به‌منظور بهبود مشخصات ديود نوري مبتني بر پيوند هيبريدي ارگانيكي/غير ارگانيكي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق-گرايش الكترونيك-افزارههاي ميكرو و نانوالكترونيك

97-99

99/10/23

جناب اقاي دكتر شهرام محمدنژاد

مهندسي برق

اين پايان‌نامه شامل سه مرحله‌ي رشد، شبيه‌سازي اتمي نانوساختارهاي اكسيدروي و شبيه‌سازي افزاره‌هاي ديود نوري هيبريدي مبتني بر نانوساختارها هست. ابتدا به‌منظور بررسي تأثير نانوساختارهاي اكسيدروي بر روي ديودهاي گسيلنده‌ي نور هيبريدي، نانولوله‌هاي تك‌جداره‌ي زيگزاگ (0،3)، (0،4)، (0،5) و (0،6) به همراه نانوميله‌ي 7-حلقه با استفاده از نرم‌افزار Quantum ESPRESSO و محاسبات DFT شبيه‌سازي شده‌است. ويژگي‌هاي الكترونيكي و نوري اين نانوساختارها ازجمله ساختار باند الكتروني، چگالي حالات، تابع دي‌الكتريك، ضريب شكست، ضريب جذب، ضريب خاموشي، ضريب اتلاف، ضريب بازتابندگي و ضريب هدايت مورد بررسي قرار گرفته‌است. سپس نانوميله‌هاي اكسيدروي بر روي زيرلايه‌ي ITO/ZnO به روش حمام شيميايي و در دماي ℃85 و محلول mM 24 در زمان‌هاي مختلف رشد داده‌شده‌اند. مشخصه‌هاي ساختاري، الكتريكي و نوري اين نانوميله‌ها ازجمله اندازه‌ي دانه‌ها، طيف عبور و جذب لايه‌ها، كشش و كرنش آن‌ها در ضخامت‌هاي مختلف قبل و بعد از گرمادهي مورد بررسي و مقايسه قرارگرفته است. با توجه به طيف XRD به دست‌آمده، اوج (002) به وضوح براي ماده‌ي اكسيد روي مشاهده شده‌است كه اين اوج با افزايش ضخامت اكسيدروي افزايش يافته‌است. ميانگين نور عبوري براي ضخامت‌هاي مختلف بعد از گرمادهي در ℃ 400 بين % 75 تا %80 بوده‌است و در طول‌موجهاي بينnm 250 تاnm 350 جذب اتفاق افتاده‌است. شكاف باند نوري زيرلايه‌ها نيز با افزايش ضخامت و با توجه به اثر برشتين-موس افزايش يافته و مقاديري در حدودeV 86/2 تا eV 32/2 را در بر گرفته‌است. در ادامه با توجه به برخي از پارامترهاي به‌دست آمده چهار ديود نوري با لايه‌هاي متفاوت به‌صورت سه‌بعدي با استفاده از نرم‌افزار سيلواكو شبيه‌سازي شده‌اند. چهار افزاره‌ي مذكور داراي ساختارهاي ITO/ZnO NR/MEH-PPV/Al، ITO/ZnO NT/MEH-PPV/Al، ITO/ZnO NR/CH3NH3PbI3/Al و ITO/ZnO NT/CH3NH3PbI3/Al مي‌باشند. ويژگي‌هاي الكتريكي و نوري اين افزاره‌ها همراه با عملكرد آن‌ها مورد بررسي و مقايسه قرار گرفته است. ولتاژ آستانه‌ي روشن ديودهاي نوري ارگانيكي از ديودهاي نوري پروسكايتي بزرگ‌تر بوده است، اما با اضافه نمودن نانولوله به هر دو نوع ديود نوري مقدار ولتاژ آستانه‌‌ي روشن كاهش يافته‌است. به‌علاوه، نور فرابنفش در محدوده‌ي nm 380 از هر چهار افزاره مشاهده شده‌است كه با مقادير بازتركيب تشعشعي به‌دست‌آمده تطابق مناسبي دارد. همچنين با توجه به طيف الكترلومينسانس براي افزاره‌هاي مبتني بر رساناي ارگانيكي يك اوج در محدودهnm 580 وابسته به MEH-PPV مشاهده مي‌شود و اوج واقع‌شده در محدوده‌يnm 800 نيز از رساناي پروسكايتي نشأت مي‌گيرد. عواملي همچون چگالي تله‌ها، نقص‌ها، منحني لگاريتمي چگالي جريان بر حسب ولتاژ و منحني درخشندگي نسبت به ولتاژ نيز در اين پايان‌نامه بررسي شده‌است.

1399/12/13

Design, simulation and fabrication of zinc oxide nanostructures to improve properties of light-emitting diodes based on hybrid organic/inorganic heterojunctions

1/13/2022 12:00:00 AM

This thesis includes three section as growth state of ZnO nanorods, simulation state of ZnO nanotubes and simulation state of hybrid LEDs using ZnO nanostructures. At first, the effect of zinc oxide nanostructures including (3,0), (4,0), (5,0) and (6,0) zigzag nanotubes with 7-loop nanorods (NR) on hybrid light emitting diodes are investigated by Quantum ESPRESSO software and DFT calculations. The electronic and optical properties of these nanostructures including electronic band structure, density of state, dielectric function, refractive index, absorption coefficient, extinction coefficient, loss coefficient, reflectivity and conductivity coefficient have been investigated. The zinc oxide nanorods have been grown on the ITO / ZnO substrate by chemical bath technique at 85 ° C and 24 mM solution at various times. The structural, electrical and optical properties of these nanorods such as grain size, spectrum of transmittance and absorbance of layers, their strain and stress at different thicknesses have been scrutinized. The average light transparency for different thicknesses after annealing at 400 ° C was between 75 to 79% and absorption occurred at a wavelength of about 250 to 350 nm. In the following, according to some obtained parameters, four LEDs with different layers are simulated in three dimensions using Silvaco software. The structure of four devices are ITO / ZnO NR / MEH-PPV / Al, ITO / ZnO NT / MEH-PPV / Al, ITO / ZnO NR / CH3NH3PbI3 / Al and ITO / ZnO NT / CH3NH3PbI3 / Al. The electrical and optical properties of these devices have been studied and compared. The turn-on voltage of organic light-emitting diodes was larger than that of perovskite light-emitting diodes, but by adding nanotubes to both types of hybrid light-emitting diodes, the amount of turn-on voltage was reduced. In addition, ultraviolet light was observed in the range of 380 nm from all devices, which is in good agreement with the obtained radiative recombination values. Besides, according to the electroluminescence spectrum for devices based on organic semiconductors, a peak in the range of 580 nm is observed, which is related to MEH-PPV. On the other side, the peak located at the wavelength of 800 nm originates from the perovskite semiconductor. Factors such as trap density, defects, logarithmic current-voltage curve and luminance-voltage curve are also studied in this thesis.

ديود نوري ارگانيكي , پيوند هيبريدي ارگانيكي- غيرارگانيكي , نانوساختار اكسيدروي , نانوميله، نانولوله

Organic diode , hybrid organic/inorganic heterojunctions , , nanorod, nanotube