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Mg<,x>Zn<,1-x>O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Mg<,x>Zn<,1-x>O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Mg<,x>Zn<,1-x>O合金的发光性质开展了研究,但可以解释所有实验现象的Mg<,x>Zn<,1-x>O可见发射的微过程模型仍没有建立起来,Mg<,x>Zn<,1-x>O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Mg<,x>Zn<,1-x>O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α和c的值以及Mg<,x>Zn<,1-x>O晶胞的体积,观察出晶格常数随着Mg掺杂量的增多而减小,Mg<,x>Zn<,1-x>O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Mg<2+>处于阳离子取代位。
2不同Mg掺杂比例对Mg<,x>Zn<,1-x>O纳米晶发光特性的影响。在激发波长为335衄的光激发下,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,Mg<,x>Zn<,1-x>O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的能级向下移动,从而使导带和Vo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 Mg<,x>Zn<,1-x>O纳米棒的制备和表征。Mg<,x>Zn<,1-x>O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。