MgxZn1-xO纳米晶粉体及纳米棒的制备和发光性质的研究

论文摘要

MgxZn1-xO合金具有重要的应用前景:是构造异质结或超晶格的物质,从而获得高性能的激光二极管和光发射二极管装置;同时MgxZn1-xO合金可以和ZnO构筑成p-n结,实现了光发射装置在较宽的波长范围内运行。目前很多小组对MgxZn1-xO合金的发光性质开展了研究,但可以解释所有实验现象的MgxZn1-xO可见发射的微过程模型仍没有建立起来,MgxZn1-xO可见发射峰位随着Mg掺杂量的增多而发生蓝移的原理没有深层的解释。本论文主要研究MgxZn1-xO的发光特性,考虑以下三种因素的影响:Mg浓度的影响;气氛的影响;织构变化的影响。并得到了以下结论:1采用化学液相沉积反应工艺制备一系列掺杂Mg的ZnO纳米晶粉体。用透射电子显微镜观察其形貌为:均匀的纳米颗粒,粒径约为40-60 nm。用X-射线粉末衍射仪表明:此系列的纳米晶体粉末具有纤锌矿结构,没有杂质相出现。计算得出了晶格常数a和c的值以及MgxZn1-xO晶胞的体积,观察出晶格常数随着Mg掺杂量的增多而减小,MgxZn1-xO晶胞的体积随着Mg掺杂量的增多呈现直线函数关系,满足Vegard定律,表明Mg2+处于阳离子取代位。2不同Mg掺杂比例对MgxZn1-xO纳米晶发光特性的影响。在激发波长为335 nm的光激发下,此系列的纳米颗粒都呈现出两个发射带:带边发射（365-420 nm之间）和缺陷发射（420-625 nm之间）,并且随着Mg掺杂量的增多,MgxZn1-xO纳米微粒的紫外和可见发射两个发射带的峰位中心逐渐蓝移。并解释随着Mg掺杂量的增多可见区的峰位逐渐蓝移的原因:ZnO的带隙为3.18eV,当光激发后价带上的电子和空穴分离,电子跃迁到导带,空穴被中性氧空位捕获。中性氧空位上的空穴和导带上的电子复合,产生可见光,这就是ZnO的可见光的发光机理。对于掺杂Mg的ZnO,Mg2P位于高能量端处,带着CB往高能量端移动,比ZnO中Zn的4s态高。而ZnO中的O原子在晶体中的位置个数都没有变化,即O的环境没有变化,O形成价带的高能端处,VB的位置不变,CB的位置升高。当Mg取代了一部分Zn后,由于Mg的电负性小于Zn的电负性,导致VO x的能级向下移动,从而使导带和VO x的能级之间的距离变大,空穴和导带上的电子复合后发出光的能量变大,即发出的可见光就发生了蓝移。3 MgxZn1-xO纳米棒的制备和表征。MgxZn1-xO纳米棒的XRD与粉体的XRD相比较,XRD织构发生了变化,但其光致发光谱的轮廓和两发射峰峰位几乎不变。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 纳米材料的概述
• 1.1.1 纳米材料的特殊效应与基本特性
• 1.1.2 一维纳米材料的基本特性与效应
• 1.2 纳米晶半导体的特点
• 1.2.1 掺杂的纳米晶的特征
• xZn_1-xO 纳米晶的结构、作用和研究进展'>1.3 Mg_xZn_1-xO 纳米晶的结构、作用和研究进展
• xZn_1-xO 的结构'>1.3.1 Mg_xZn_1-xO 的结构
• xZn_1-xO 三元合金的应用'>1.3.2 Mg_xZn_1-xO 三元合金的应用
• xZn_1-xO 光致发光的研究进展'>1.4 Mg_xZn_1-xO 光致发光的研究进展
• xZn_1-xO 光致发光的有关研究'>1.4.1 Mg_xZn_1-xO 光致发光的有关研究
• 1.4.2 ZnO 发光特性机理
• 1.5 本论文研究思路和方法
• 参考文献
• xZn_1-xO 纳米晶的制备以及发光性质研究'>第二章 Mg_xZn_1-xO 纳米晶的制备以及发光性质研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 ZnO 的发光性质的研究
• xZn_1-xO 合金的研究背景'>2.1.2 Mg_xZn_1-xO 合金的研究背景
• xZn_1-xO 光致发光性质的有关因素研究'>2.1.3 影响Mg_xZn_1-xO 光致发光性质的有关因素研究
• 2.2 实验
• 2.2.1 样品的制备
• 2.2.2 物性测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 前驱体的分解过程、样品形貌、物相、粒径
• 2.3.2 不同掺杂比例下的样品XRD 结果分析
• 2.3.3 由XRD 图计算一系列晶格常数
• 2.3.4 吸收和光致发光光谱（PL）
• xZn_1-xO 随着掺杂比例的增多荧光发生蓝移的原因'>2.3.5 Mg_xZn_1-xO 随着掺杂比例的增多荧光发生蓝移的原因
• 2.3.6 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）
• 2.3.7 XPS 谱图分析
• xZn_1-xO 纳米晶性质的影响'>2.4 不同实验条件对Mg_xZn_1-xO 纳米晶性质的影响
• 2.4.1 样品的制备
• 2.4.2 结果和讨论
• 2.4.2.1 样品的晶形
• 2.4.2.2 样品的光致发光光谱（PL）
• 2.5 本章结论
• 参考文献
• xZn_1-xO 纳米棒的制备和表征'>第三章 Mg_xZn_1-xO 纳米棒的制备和表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品制备
• 3.2.2 物性测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 薄膜样品的XRD 谱图、AFM 图
• xZn_1-xO 纳米棒样品的SEM 图、XRD 谱图'>3.3.2 Mg_xZn_1-xO 纳米棒样品的SEM 图、XRD 谱图
• xZn_1-xO 纳米棒的TEM 图和电子衍射图'>3.3.3 Mg_xZn_1-xO 纳米棒的TEM 图和电子衍射图
• xZn_1-xO 纳米棒的光致发光谱'>3.3.4 Mg_xZn_1-xO 纳米棒的光致发光谱
• 3.4 讨论
• 3.5 本章结论
• 参考文献
• 第四章 结论与展望
• 4.1 主要结论
• xZn_1-xO 纳米晶的制备以及发光性质研究'>4.1.1 Mg_xZn_1-xO 纳米晶的制备以及发光性质研究
• xZn_1-xO 纳米棒的制备和表征'>4.1.2 Mg_xZn_1-xO 纳米棒的制备和表征
• 4.2 存在问题
• 4.3 展望
• 硕士期间完成工作
• 致谢