25443

طراحي، شبيه سازي، ساخت و مشخصه يابي گسيلنده نوري مبتني بر پيوند ناهمگون هيبريدي با بكارگيري نانولوله هاي اكسيد روي

دكتري تخصصي

مهندسي برق - الكترونيك

1395

1400/07/27

دكتر شهرام محمدنژاد

برق

در اين پايان¬نامه، طراحي، شبيه¬سازي، ساخت و مشخصه¬يابي گسيلنده نوري مبتني بر پيوند ناهمگون هيبريدي با بكارگيري نانولوله¬هاي اكسيد روي مورد بررسي قرار گرفته است. ساختار افزاره¬ها، ابتدا طراحي و سپس شبيه¬سازي اتمي و افزاره¬اي دو بعدي و سه بعدي شده و در نهايت، ساخته شدند. براي رشد نانولوله¬هاي اكسيد روي، ابتدا نانوميله¬هاي اكسيد روي رشد يافته بر روي بستر ITO/AZO در غلظت¬هاي متفاوت از محلول زداينده KCl، دما و زمان متفاوت، تحت زدايش قرار گرفتند. شرايط زدايش بهينه شده عبارت است از محلول KCl با غلطت M 1، دماي زدايش °C 90 و زمان زدايش به مدت 4 ساعت. همچنين، خواص ساختاري (نظير تنش، كشش و ضريب بافت)، خواص الكتريكي (نظير انرژي نوار ممنوعه) و خواص نوري (نظير انرژي اورباك، نمودار جذب و طيف نورتابناكي) نانولوله¬هاي اكسيد روي زدايش شده در دما، زمان و غلظت¬هاي متفاوت بررسي شده¬اند. در ادامه، ديودهاي نوري فرابنفش هيبريدي مبتني بر نانوميله و نانولوله¬ي اكسيد روي ساخته شده¬اند. بر اساس نتايج حاصل شده، ديودهاي نوري ارگانيكي مبتني بر نانولوله اكسيد روي، خواص الكتريكي و نوري بهتري نسبت به ساختار مبتني بر نانوميله از خود نشان دادند. ولتاژ آستانه روشن شدن آنها كمتر (V 15 > V 2/11) و قله فرابنفش در طيف برق¬درخشي براي افزاره مبتني بر نانولوله اكسيد روي بيشتر بدست آمد. انرژي اورباك و چگالي كل تله¬ها براي افزاره ساخته شده مبتني بر نانولوله اكسيد روي به ترتيب برابر meV 325 و 3-cm 1014×39/2 بدست آمد. به جهت بررسي بهتر سازوكار توليد نور فرابنفش در افزاره¬ها، اين افزاره¬ها توسط نرم¬افزارهاي Silvaco TCAD و Lumerical FDTD شبيه¬سازي شدند. نتايج بدست آمده از شبيه¬سازي، تطابق قابل قبولي با نتايج حاصل از ساخت داشت. نرخ بازتركيب نوري بيشتر، ضريب پِرسِل بالاتر و عبور نور تك-مودي براي افزاره مبتني بر نانولوله اكسيد روي بدست آمد.

1400/08/08

Design, Simulation, Fabrication and Characterization of Hybrid Heterojunction Light-Emitting Device Based on ZnO Nanotubes

10/19/2022 12:00:00 AM

In this thesis, after a systematic survey in hybrid inorganic/organic light-emitting heterostructure devices based on ZnO in the last decay, the impact of the ZnO nanotube (NT)/polymer hybrid heterostructure for ultraviolet organic light-emitting diode (UV-OLED) application has been carefully scrutinized. The proposed structure has been fabricated, simulated and compared with conventional ZnO nanorod (NR)/MEH-PPV structure. To synthesize ZnO NTs, the as-grown chemical bath deposited ZnO NRs have been etched in KCL solution in various molar (M) concentration, etching time and etching temperature. The optimized etching condition is obtained in 1 M concentration of KCL solution, 4 h etching time and 90 ℃ temperature. The structural properties (such as strain, stress and texture coefficient), electrical properties (such as band gap energy) and optical properties (such as Urbach energy, absorbance and photoluminescence spectra) of ZnO NTs have been investigated, systematically. In continue, hybrid UV-OLEDs have been fabricated based on ZnO NRs and ZnO NTs. According to the results, ZnO NT-based OLED depicts superior electrical and optical results including lower turn-on voltage (11.2 V < 15 V) and higher UV peak in electroluminescence spectra with respect to ZnO NR-based device. To acquire more enlightenment about UV emission mechanism, the proposed devices have been simulated through Silvaco TCAD and Lumerical FDTD software. The results from simulations illustrate great agreement with experimental results. Higher radiative recombination rate, higher Purcell factor and single-mode waveguiding effect of ring-core ZnO NT lead to major superiority of the ZnO NT-based UV-OLED fabricated and simulated in this work.

نانوساختارهاي اكسيد روي , افزاره هيبريدي نور گسيل , موجبر هسته‌ي حلقوي , پيوند ناهمگون هيبريدي , پليمر MEH-PPV , ديود نوري ارگانيكي