氧化锌低维纳米结构的制备及发光研究

论文摘要

ZnO是一种直接带隙的半导体材料,室温下带隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV。ZnO纳米结构,由于在未来光电子器件方面的广阔应用前景,正受到人们广泛的关注。本文进行了ZnO纳米晶中可见光发射的控制、ZnO纳米片的制备与高温发光和ZnO材料高压下物性等方面的研究工作。具体研究内容如下:1、在对ZnO中可见光发射机制的研究中,利用P3-离子热扩散进入ZnO纳米晶钝化了ZnO中深缺陷发射中心,提高了紫外发射效率,并利用多次循环退火改变了ZnO纳米晶薄膜的结构和P3-离子的浓度,通过对ZnO纳米晶表面的钝化和去钝化过程,实现了对ZnO纳米晶薄膜中可见光发射的控制。2、用汽相输运方法生长出形貌规则、平整,缺陷和杂质浓度极低的ZnO单晶纳米片状结构材料。利用ZnO单晶纳米片与空气形成的空气/ZnO片/空气微腔波导结构获得了有效的光学增益,在室温下获得了高出一般ZnO薄膜1000倍的紫外发射,并在高温（857K）下探测到了强的带边发射,为研制高温下工作的纳米器件奠定了实验基础。3、利用Raman手段分别测量了ZnO体单晶、ZnO纳米片、ZnO纳米管材料的相变压强,探讨了纳米结构材料的相变规律;利用光致发光谱与压强的关系获得了ZnO不同样品的带边压强系数和静压形变势,分析了ZnO材料中不同发光中心的来源,对研究纳米ZnO在压强条件下的物性变化具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 ZnO 材料的基本性质
• 1.2 ZnO 材料的研究进展
• 1.3 当前ZnO 材料研究中的主要方向
• 参考文献
• 第二章 ZnO 材料制备与表征方法
• 2.1 纳米ZnO 的制备技术
• 2.1.1 汽相输运法
• 2.1.2 金属有机化合物汽相沉积（MOCVD）
• 2.1.3 电子束蒸发
• 2.1.4 高温退火设备
• 2.2 常用表征手段介绍
• 2.2.1 X 射线衍射谱
• 2.2.2 透射和吸收光谱
• 2.2.3 拉曼光谱
• 2.2.4 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2.2.5 微区光致发光谱
• 2.2.6 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.7 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3 静态高压技术在ZnO 研究中的应用
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 ZnO 纳米晶中可见光发射的控制
• 3.1 氧化锌的可见发光研究近况
• 3.2 ZnO 纳米晶薄膜的制备
• 3.3 磷钝化的ZnO 纳米晶薄膜的结构
• 3.3.1 X-射线衍射谱（XRD）
• 3.3.2 X-射线光电子能谱（XPS）
• 3.4 磷钝化的ZnO 纳米晶的发光特性
• 3.4.1 室温光致发光谱（一）—可以钝化的可见光发射
• 3.4.2 室温光致发光谱（二）—可以控制的可见光发射
• 3.4.3 变温光致发光谱
• 3.5 三层核壳模型对可控发光的解释
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 高温下ZnO 纳米结构激子发射特性研究
• 4.1 纳米结构ZnO 研究进展介绍
• 4.1.1 ZnO 材料晶体结构和表面
• 4.1.2 ZnO 基本生长结构
• 4.1.3 纳米结构ZnO 的研究概况
• 4.2 ZnO 纳米片的制备
• 4.3 ZnO 纳米片的发光特性
• 4.4 量子阱中激子束缚能增加理论
• 4.5 量子限域效应引起的激子能量和激子束缚能增加的区别
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 高压下ZnO 材料结构和光学性质研究
• 5.1 ZnO 材料的晶体结构和高压研究进展
• 5.1.1 ZnO 材料的晶体结构及声子模式
• 5.1.2 ZnO 在高压下结构相变及能带的变化
• 5.2 用拉曼手段研究ZnO 高压下的结构相变
• 5.2.1 实验
• 5.2.2 常压下ZnO 的拉曼谱
• 5.2.3 高压下ZnO 的拉曼谱
• 5.3 高压下ZnO 材料发光研究
• 5.3.1 实验
• 5.3.2 ZnO 体单晶高压下的光致发光谱
• 5.3.3 ZnO 纳米片高压下的光致发光谱
• 5.3.4 ZnO 纳米管高压下的光致发光谱
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 作者简介
• 攻读博士学位期间承担的主要工作及成果
• 致谢