ZnO-SiO2复合薄膜的结构和荧光特性的研究

论文摘要

ZnO是一种纤锌矿结构的宽禁带半导体材料，具有优异的光电特性，而SiO2是一种化学性质稳定的理想的光学透明介质。将纳米ZnO颗粒复合于SiO2中，研究其微观结构特征和尺寸效应对发光特性的影响，对推进纳米ZnO材料的实际应用具有重要意义。本文采用脉冲激光沉积（PLD）的方法制备得到纳米ZnO-SiO2复合薄膜，并分别通过改变SiO2含量和热处理，详细研究了该复合薄膜的结构及其光学性质的变化规律；Zn2SiO4是ZnO和SiO2的高温形成相，以其作为薄膜介质材料，探讨了稀土Eu3+在其中的光学特性。获得的主要结果如下：1．通过PLD方法在Si（100）衬底上沉积了不同配比的ZnO：SiO2复合薄膜，研究SiO2含量对薄膜的表面形貌及荧光特性的影响。结果表明，当SiO2含量较小时，样品是一种可以看出颗粒大小形状的复合薄膜；当SiO2含量达到20％以上时，薄膜样品表面看不到明显的颗粒形貌。此外，薄膜的紫外荧光发光强度和光能隙值都随着SiO2含量的增多而增大。2．对SiO2含量为40％的ZnO：SiO2复合薄膜进行不同温度下的退火处理，研究其结构与荧光特性的变化规律。X射线衍射和扫描电镜的结果表明：经过700℃退火后，薄膜中开始出现第三相β-Zn2SiO4，薄膜中晶粒的平均尺寸为80 nm；当退火温度升高到900℃时，纳米ZnO晶粒长大且沿着（100）面高度取向生长，700℃退火时生成的第三相β-Zn2SiO4被硅锌矿型的Zn2SiO4所取代，薄膜颗粒的平均尺寸也增大到150 nm。同时，随着退火温度从700℃增加到900℃，薄膜在紫外区域的荧光峰先增强后减弱，而可见光区域的发光带逐渐减弱直至基本消失。3．研究了稀土Eu3+在Zn2SiO4薄膜介质中的发光特性。结果表明，Eu3+在Zn2SiO4薄膜中的发射峰主要位于590 nm，610 nm，650 nm和720 nm，分别来自5D0→7F1，5D0→7F2，5D0→7F3和5D0→7F4跃迁，其中位于610 nm的5D0→7F2的跃迁占据主导地位。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第一节 ZnO的结构和荧光特性
• 第二节 ZnO系复合薄膜的研究现状
• 3+离子发光特性的研究现状'>第三节 Eu³⁺离子发光特性的研究现状
• 第四节 本论文的研究背景和主要内容
• 第二章 薄膜的制备和表征方法
• 第一节 脉冲激光沉积技术（PLD）
• 第二节 薄膜结构和性能的分析方法
• 2含量对 ZnO-SiO₂复合薄膜光学特性的影响'>第三章 SiO₂含量对 ZnO-SiO₂复合薄膜光学特性的影响
• 第一节 实验目的和设计
• 2含量对复合薄膜形貌的影响'>第二节 SiO₂含量对复合薄膜形貌的影响
• 2含量对复合薄膜荧光性质的影响'>第三节 SiO₂含量对复合薄膜荧光性质的影响
• 2含量对复合薄膜光能隙的影响'>第四节 SiO₂含量对复合薄膜光能隙的影响
• 第五节 本章小结
• 2复合薄膜微结构和荧光性质的影响'>第四章 热处理对 ZnO-SiO₂复合薄膜微结构和荧光性质的影响
• 第一节 表面形貌随退火温度的变化
• 第二节 相结构随退火温度的变化
• 第三节 荧光特性随退火温度的变化
• 第四节 本章小结
• 3+离子在Zn₂SiO₄薄膜介质中的发光特性研究'>第五章 Eu³⁺离子在Zn₂SiO₄薄膜介质中的发光特性研究
• 第一节 实验目的和设计
• 2SiO₄: Eu³⁺复合薄膜的结构'>第二节 Zn₂SiO₄: Eu³⁺复合薄膜的结构
• 2SiO₄:Eu³⁺复合薄膜发光性质的影响'>第三节 不同温度退火对Zn₂SiO₄:Eu³⁺复合薄膜发光性质的影响
• 第四节 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢