In2O3纳米材料的发光特性研究

论文摘要

In2O3是一种重要的n型宽带隙半导体材料,具有较高的可见光透过率和红外反射率,主要应用于光电装置的透明导电薄膜。In2O3纳米结构材料以其不同于块体材料的微观形貌、光学电学等性质、以及在纳米光电器件中潜在的应用前景,引起人们极大的兴趣。本文以碳热还原法制备In2O3纳米材料,获得不同的颗粒形貌和线状形貌,对样品进行了表征和分析。通过对其紫外可见光吸收谱的测试和分析,研究其吸收特性,并确定In2O3颗粒的光学带隙。对颗粒和线形貌产物的室温和低温光致发光谱进行测试,研究其发光特性,并对其发光机理进行了探讨。实验制备得到的产物以颗粒形貌为主,这些颗粒的形貌不单一,有完美的正八面体,截角八面体等。颗粒的形貌,粒径大小与温度,保温时间等制备条件有关。随着制备温度的升高,保温时间的延长,颗粒尺寸增大。通过XRD表征,所得颗粒产物为立方晶系In2O3,体心立方结构。在制备过程中得到线状形貌产物,直径分布在0.5-1μm范围,长度达几十微米。通过分析其EDS,XPS谱可以认为它是In@In2O3/SiO2芯壳结构,In2O3和SiO2以非化学计量比存在。从我们获得的大量样品的紫外可见光吸收谱均主要表现为两类吸收谱,一类是本征吸收谱,在可见光区没有吸收峰,从400 nm开始吸收系数急剧上升,这类吸收谱中出现陡峭的吸收边,吸收边大致位于310-325 nm范围,具有直接带隙半导体结构,用Tauc作图法获得的光学带隙值在3.0-3.48 eV之间。另一类吸收谱在吸收峰出现在400-600 nm之间,不存在陡峭的吸收边。这类吸收谱我们认为是间接带隙吸收。由光致发光谱的分析可知,两种形貌均有较强的紫外发射。In2O3颗粒材料在360-400 nm之间存在较宽的发光带。线状形貌芯壳结构的带边发光峰主要位于365 nm波长附近,测试得到所有线状形貌的中心发光峰均位于360-370 nm之间,相对颗粒形貌,发光带较窄,这个波长范围的发光峰是近带边发光。555 nm和595 nm处均存在两个微弱的深能级缺陷态发光峰。由低温PL谱分析看到,随着温度的增加,发光强度增加,峰位略有蓝移。论文工作对In2O3纳米材料可控制备进行了有益的探索,阐述了温度和保温时间对合成材料形貌的影响,得到了有意义的结果。在发光特性方面,通过测试获得In2O3颗粒的紫外可见光透射谱,获得其光学带隙值。通过对吸收系数的研究来研究光致发光谱,验证In2O3纳米材料的360-400 nm的较宽的发光带是从导带到价带的带-带辐射复合发光以及近带边的缺陷态参与的复合发光,这与目前大多数的In2O3纳米材料的与氧空位有关的发光不同。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 纳米固体的光学特点
• 2O₃发光性质的研究现状'>1.3 In₂O₃发光性质的研究现状
• 2O₃颗粒的发光特性'>1.3.1 In₂O₃颗粒的发光特性
• 2O₃纳米线及阵列的发光特性'>1.3.2 In₂O₃纳米线及阵列的发光特性
• 2O₃纳米带的发光特性'>1.3.3 In₂O₃纳米带的发光特性
• 2O₃薄膜、纳米管的发光特性'>1.3.4 In₂O₃薄膜、纳米管的发光特性
• 1.3.5 小结
• 1.4 本论文的研究目的和意义及主要内容和章节安排
• 1.5 参考文献
• 2O₃材料的制备和表征'>第2章 In₂O₃材料的制备和表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2O₃ 颗粒的制备和表征'>2.3 In₂O₃颗粒的制备和表征
• 2O₃ 颗粒SEM 形貌分析'>2.3.1 In₂O₃ 颗粒SEM 形貌分析
• 2O₃ 颗粒XRD 图谱分析'>2.3.2 In₂O₃ 颗粒XRD 图谱分析
• 2O₃颗粒XPS 分析'>2.3.3 In₂O₃颗粒XPS 分析
• 2.4 线状形貌产物的制备和表征
• 2.4.1 线状产物SEM 形貌分析
• 2.4.2 线状产物XRD 分析
• 2.4.3 线状产物EDS 能谱分析
• 2.4.4 线状产物XPS 能谱分析
• 2.5 小结
• 2.6 参考文献
• 2O₃紫外可见光吸收特性'>第3章 In₂O₃紫外可见光吸收特性
• 3.1 引言
• 2O₃颗粒紫外可见光吸收谱分析'>3.2 In₂O₃颗粒紫外可见光吸收谱分析
• 3.2.1 第一类吸收谱—直接跃迁
• 3.2.2 第二类吸收谱—间接跃迁
• 2O₃颗粒光学带隙E_g的测量'>3.3 In₂O₃颗粒光学带隙E_g的测量
• g 的确定'>3.3.1 带隙E_g的确定
• g计算的影响'>3.3.2 厚度对带隙E_g计算的影响
• 3.4 小结
• 3.5 参考文献
• 2O₃光致发光特性'>第4章 In₂O₃光致发光特性
• 4.1 引言
• 4.2 纳米材料的几种发光模型
• 4.2.1 量子限制效应发光模型
• 4.2.2 与氧有关的缺陷发光模型
• 4.2.3 量子限制效应—发光中心发光
• 2O₃光致发光谱（PL）分析'>4.3 In₂O₃光致发光谱（PL）分析
• 2O₃颗粒室温PL 分析'>4.3.1 In₂O₃颗粒室温PL 分析
• 4.3.2 线状产物室温PL 分析
• 2O₃颗粒PL 谱的影响'>4.3.3 制备温度对In₂O₃颗粒PL 谱的影响
• 2O₃颗粒PL 分析'>4.3.4 低温In₂O₃颗粒PL 分析
• 2O₃光致发光寿命分析'>4.4 In₂O₃光致发光寿命分析
• 4.5 小结
• 4.6 参考文献
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 硕士期间发表论文
• 致谢
• 个人简历