嵌入式氧化物制备和物理性能研究

论文摘要

本论文主要介绍制备SiO2基质中镶嵌Si和ZnO硅纳米晶薄膜,并对薄膜的镶嵌结构和物理性能作分析研究。为了在更微观的区域研究嵌入方式对材料结构和物理性能的影响,选择层状结构Bi2Sr2CaCu20s （Bi-2212）高温超导体,在不同格位嵌入La, Mn离子,制备（Bi1-xLax）2Sr2CaCu2Oδ和（Bi1.7La0.3）2Sr2Ca（Cu1-xMnx）2Oδ粉体,研究其结构和物理性能。具体工作如下：1.采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法,在不同SiH4和CO2气体流量比率（GFRRSC）下,制备了二氧化硅基质中镶嵌硅纳米晶薄膜。微区拉曼光谱、红外吸收光谱、透射光谱,室温和变温光致发光光谱用来分析表征薄膜的结构和光学性质。结果表明,随着GFRRSC降低,硅晶粒平均尺寸逐渐减小；由于量子限制效应导致光学带隙逐渐展宽。同时,在1.4eV～2.4 eV能量区间发现多个发光峰。在低温下（80 K）观测到声子参与的发射光谱,表明在1.7 eV附近的发光峰源于Si-O振动模式参与的Si-SiO2界面的跃迁而形成的发光中心。同时,这个实验获得了化学配比SiO2薄膜,也为制备SiO2介质中包埋ZnO纳米晶粒做了前期工作。2.首次在单晶Si（100）衬底上采用PECVD方法制备SiO2基质中镶嵌ZnO纳米晶薄膜。分别在500,600,700,800,900℃下退火一个小时。通过X射线衍射谱,原子力显微镜和拉曼光谱对样品的结构进行了分析,结果表明ZnO纳米晶粒弥散在SiO2介质中；随着退火温度升高,ZnO纳米晶粒的晶界受到SiO2介质钉扎,晶粒几乎没有长大,而内部晶体结晶质量得到提高。退火温度对薄膜光学性质的影响通过光致发光进行了研究。结果表明,退火过程影响光学性能,在800℃下,获得了最强的紫外发射特性。并且可以推测位于紫外和可见光之间的发光带来源于SiO2和ZnO的界面态引起的发光中心。3.采用溶胶-凝胶（sol-gel）方法,以硝酸盐为前驱物,制备了（Bi1-xLax）2Sr2CaCu2Oδ（x=0,0.1,0.2,0.3,0.4）粉体。通过X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）,对该粉体晶体结构进行了表征；利用SQUID和标准四引线法,对该粉体磁化强度随温度变化曲线（M-T）和电阻随温度变化（R-T）进行了测试,研究了Bi原子部分被La原子置换导致Bi-2212主体结构和电磁特性变化。结果表明,随着La掺杂量增加,晶格常数c不发生变化,但是a,b逐渐变大,而且沿b轴方向的调制周期减小；样品逐渐表现出抗磁性和反铁磁、超导和半导体特性共存、竞争的独特性质。4.采用sol-gel方法,以硝酸盐为前驱物,制备了（Bi1.7La0.3）2Sr2Ca（Cu1-xMnx）2Oδ粉体。通过XRD和TEM结果分析,随着Mn掺杂量增加,晶格常数a,b,c都逐渐变小,调制周期也发生了改变；同时产生了新相,新相衍射峰的强度逐渐增强。利用Raman和IR光谱分析,表明Mn替代Cu,使晶体内部振动模式发生了变化。M-T曲线结果表明,‘新相的生成和结构的改变对样品的磁学性质产生了很大影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 量子点特性和发展现状
• 1.1.1 量子点概念
• 1.1.2 量子点基本效应
• 1.1.3 量子点制备方法
• 1.1.4 量子点应用
• 1.1.5 低维材料理论探讨
• 1.2 嵌入型氧化物制备和研究进展
• 1.2.1 纳米硅研究现状
• 1.2.2 ZnO基本性质和研究现状
• 1.2.2.1 ZnO材料基本性质
• 1.2.2.2 ZnO量子点性能
• 1.2.2.3 ZnO量子点应用
• 1.2.3 Bi-2212高温超导材料结构特征和研究现状
• 1.2.3.1 Bi系结构特征
• 1.2.3.2 Bi-2212研究现状
• 1.3 论文安排和主要工作成果
• 参考文献
• 第2章 样品制备方法和表征手段
• 2.1 样品制备方法
• 2.1.1 等离子体化学汽相沉积工艺设备
• 2.1.1.1 等离子体性质
• 2.1.1.2 等离子体化学汽相沉积工艺设备
• 2.1.2 溶胶凝胶法制备粉体样品
• 2.1.3 高温退火设备
• 2.2 样品表征方法
• 2.2.1 X射线衍射谱
• 2.2.2 透射电镜分析
• 2.2.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.2.4 晶体吸收谱
• 2.2.5 发光光谱
• 2.2.6 红外吸收及拉曼光谱
• 2.2.7 四引线测量法测量电学性质
• 2.2.8 SQUID磁强计测量磁化强度温度曲线
• 参考文献
• 2基质中镶嵌Si纳米晶薄膜制备、结构及光学性质研究'>第3章 SiO₂基质中镶嵌Si纳米晶薄膜制备、结构及光学性质研究
• 3.1 样品制备和处理方法
• 3.2 样品结构和光学性质表征
• 3.2.1 微区拉曼结果分析
• 3.2.2 红外吸收光谱结果分析
• 3.2.3 透射光谱结果分析
• 3.2.4 光致发光光谱结果分析
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 2基质中镶嵌ZnO纳米晶'>第4章 SiO₂基质中镶嵌ZnO纳米晶
• 4.1 样品制备和处理方法
• 2基质镶嵌ZnO纳米晶颗粒的结构分析'>4.2 SiO₂基质镶嵌ZnO纳米晶颗粒的结构分析
• 4.2.1 X射线衍射结果分析
• 4.2.2 原子力显微镜照片结果分析
• 4.2.3 拉曼光谱结果分析
• 2基质中镶嵌ZnO纳米晶颗粒光学性质分析'>4.3 SiO₂基质中镶嵌ZnO纳米晶颗粒光学性质分析
• 4.3.1 室温光致发光谱分析
• 4.3.2 变温光致发光谱分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 1-xLa_x)₂Sr₂CaCu₂O_δ粉体'>第5章 (Bi_1-xLa_x)₂Sr₂CaCu₂O_δ粉体
• 2Sr₂CaCu₂O_δ（Bi-2212）制备和结构分析'>5.1 Bi₂Sr₂CaCu₂O_δ（Bi-2212）制备和结构分析
• 5.1.1 实验药品
• 5.1.2 样品的制备
• 2Sr₂CaCu₂O_δ质量影响'>5.1.3 焙烧温度对Bi₂Sr₂CaCu₂O_δ质量影响
• 2Sr₂CaCu₂O_δ结晶质量影响'>5.1.4 乙二醇对Bi₂Sr₂CaCu₂O_δ结晶质量影响
• 1-xLa_x)₂Sr₂CaCu₂O_δ粉体制备、结构和性质影响'>5.2 (Bi_1-xLa_x)₂Sr₂CaCu₂O_δ粉体制备、结构和性质影响
• 5.2.1 样品制备
• 5.2.2 结构表征
• 5.2.2.1 X射线衍射结果分析
• 5.2.2.2 透射电镜（TEM）结果分析
• 1-xLa_x)₂Sr₂CaCu₂O_δ电磁性质的分析'>5.2.3 (Bi_1-xLa_x)₂Sr₂CaCu₂O_δ电磁性质的分析
• 5.2.3.1 磁化强度和温度变化关系（M-T）
• 5.2.3.2 电阻和温度变化关系（R-T）
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 0.7La_0.3)₂Sr₂Ca(Cu_1-xMn_x)₂O_δ粉体结构与性能分析'>第6章 (Bi_0.7La_0.3)₂Sr₂Ca(Cu_1-xMn_x)₂O_δ粉体结构与性能分析
• 6.1 样品制备
• 6.2 样品的结构表征
• 6.2.1 X射线衍射结果分析
• 6.2.2 透射电镜结果分析
• 6.2.3 微区拉曼光谱结果分析
• 6.2.4 红外吸收光谱结果分析
• 6.3 M-T结果分析
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第7章 结论
• 致谢
• 攻读博士期间已发表和在投论文
• 作者简介