增強UV LED的透明導電性新方法

ITO跟LED有什么關系?
ITO是一種透明的電極材料,具有高的導電率、高的可見光透過率、高的機械硬度和良好的化學穩定性 。 目前ITO膜主要是為了提高LED的出光效率 。
Burstein-Moss效應是什么?

增強UV LED的透明導電性新方法

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Burstein-Moss效應:當半導體重摻雜時,費米能級進入導帶,本征光吸收邊向高能方向移動的現象 。
在普通摻雜的半導體中,費米能級位于導帶與價帶之間 。 當n型摻雜濃度上升時,由于電子在導帶中集聚,費米能級會慢慢被推到導帶之中(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、制備其他物質的經過特殊處理的配合材料 。
日前中山大學的研究人員發明了一種采用金屬有機氣相沉積(MOCVD)制備LED結構中氧化銦錫膜(ITO)的工藝,這種方法可以有效的增強UV LED的透明導電特性 。
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、醫用診療、紫外治療等領域 。
研究過程
盡管ITO 在可視光譜區域里是一種透明導電層材料,但是對于紫外區域,ITO的透明特性就會逐漸降低 。
因此,中山大學團隊設法使用MOCVD技術將光學禁帶的寬度拓寬到4.7eV 。 該禁帶所激發出的光子波長正好在紫外區域內(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、醫用診療、紫外治療等領域 。
圖1  90nm MOCVD工藝ITO膜的光電特性
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(a)錫流速(Sn flow rate)對于電子密度和遷移率的影響
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(b)MOCVD工藝ITO膜中的UV可見光透過率與不同的錫流速 。
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(c)不同工藝下的ITO光學禁帶對比
中山大學團隊首先在藍寶石表面使用MOCVD技術(生長環境溫度為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 。
經過多次研究實驗,研究人員發現前軀體的添加速度控制在每分鐘350立方厘米會達到最高的自由電子密度(2.15x1021/cm3) 。 同時,光學禁帶寬度會達到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效應的影響,此時部分自由電子集聚于低位導帶(co