Mn掺杂CdS微纳米材料的制备和光学性质的研究

论文摘要

一维纳米材料不同于体相材料的新奇性质,一直以来都受着人们的广泛研究和关注。本文利用简单的一步化学气相沉积法合成了几种一维微/纳米结构,如纳米六角片、纳米线、纳米带、掺杂三角（六角、四方）纳米线等新颖的纳米结构,并对所制备的一系列纳米结构进行了相应的结构表征以及形成机理的分析。还采用发光光谱、拉曼光谱等对这些纳米结构在光学性能方面展开了一定的研究。主要结果如下:（1）利用化学气相沉积法制备了一维Mn掺杂CdS纳米线/带以及六角片状纳米结构。研究发现样品的沉积温度以及基底的不同是决定形成不同形貌掺杂CdS纳米结构的很重要因素。同时发现重掺杂Mn导致了周期性的纳米线和纳米带,这些周期性的结构形成了法布里-珀罗（F-P）光学腔,这是导致光致发光光谱中出现多级峰的主要原因,有些结构则出现了一些强烈的束缚态发光。这些束缚态显示了规律的声子辅助发光,说明了掺杂结构中的多声子过程和非线性电-声子耦合作用。同时在研究六角片状纳米结构时,我们发现其发光则是遵循回音壁模式的发光,研究了六角片状纳米结构回音壁模式多级发光峰,并对其进行了发光峰的mapping图,显示在六角结构的六个角的交界处都有光漏出来。（2）利用化学气相沉积法通过只改变Mn在源反应物中的摩尔百分比,制备了Mn轻掺杂的CdS纳米三角结构,六角结构以及四方结构。当源反应物中Mn浓度增加时,得到的纳米结构的形貌从六角截面变为三角截面和矩形截面。同时我们找到了一种最合适的机制即接触导向机制来解释相关的生长机理过程,说明了Mn2+与纳米线面接触时产生的应力等及Mn浓度的改变是导致形貌改变的主要原因,并对这些形貌的形成机理做了分析。同时利用近场光学显微镜等分别研究了它们的光波导行为,同时还研究了它们的光致发光光谱,发现了CdS的本征发光和Mn2+的缺陷态中心发光,并且中心位置随着掺杂浓度不同而略有改变。最后我们还对此种纳米结构进行了表面光电压的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料发展概况
• 1.2.1 纳米材料的定义与分类
• 1.2.2 纳米半导体材料
• 1.3 一维纳米半导体材料的研究意义
• 1.3.1 一维纳米半导体材料制备方法
• 1.3.2 一维纳米半导体材料生长机制
• 1.4 一维半导体纳米材料的性能
• 1.4.1 一维半导体纳米材料的电学特性
• 1.4.2 一维半导体纳米材料的光学特性
• 1.5 纳米光子学及其应用
• 1.5.1 纳米光波导及其光子学集成电路
• 1.5.2 纳米激光器
• 1.5.3 纳米发光二极管
• 1.6 光子晶体
• 1.7 本论文的研究内容以及意义
• 第2章 Mn重掺杂CdS纳米结构
• 2.1 引言
• 2.2 实验过程
• 2.3 Mn重掺杂CdS纳米带的实验结果
• 2.3.1 Mn重掺杂CdS纳米带的形貌和结构表征
• 2.3.2 Mn重掺杂CdS纳米带的光学性质表征
• 2.4 Mn重掺杂CdS纳米线的实验结果
• 2.4.1 Mn重掺杂CdS纳米线的形貌和结构表征
• 2.4.2 Mn重掺杂CdS纳米线的光致发光
• 2.4.3 其它非均匀Mn重掺杂CdS纳米带的光致发光
• 2.5 Mn重掺杂CdS纳米六角片状结构
• 2.5.1 实验过程
• 2.5.2 纳米片的光学性质
• 2.6 本章小结
• 第3章 轻掺杂Mn对CdS纳米结构形貌的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 形貌和结构表征
• 3.3.2 生长机制
• 3.3.3 紫外可见吸收光谱分析
• 3.3.4 拉曼光谱分析
• 3.3.5 发光光谱分析
• 3.3.6 表面光伏效应分析
• 3.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）