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作为一种非常重要的半导体材料,ZnO材料的各种性质已经被广泛的研究和应用。但是由于ZnO材料在制备的过程中,会产生很多杂质和缺陷,导致其发光效率不是很高,这在一定程度上限制了其在各领域的进一步应用。因此,提高其发光效率就成为ZnO材料实际应用的一个重要环节。近年来,金属表面等离激元作为一门发展迅速的科研方向,也被用来提高半导体材料的发光效率。本论文在管式炉中用化学气相沉积(CVD)方法无催化剂高温条件下生长ZnO纳米线,运用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)以及拉曼光谱仪等表征手段分析了ZnO纳米线的形貌、结构及PL光谱性质。利用金属表面等离激元与材料的相互作用,在ZnO材料的表面镀上Au膜或者Ag膜,并结合退火实验,进行了材料的PL光谱的改善研究。论文的主要研究结果如下:
1.本实验中高温无催化条件下在管式炉中生长的ZnO纳米线沿着C轴生长,结晶性质良好,没有明显的缺陷。
2.Au膜或者Ag膜的表面修饰,减小了ZnO材料的辐射复合寿命,提高了材料的内部量子效率,从而改善了材料的发光效率。
3.能级分析显示,ZnO材料与Au或者Ag的表面等离激元共振(SPR)态相互耦合,不仅增加了ZnO材料的导带上的自由电子浓度,同时也减少了缺陷态上的自由电子浓度,因此ZnO材料的本征发光明显增强,而缺陷发光也有一定的减弱。
4.结合退火实验,发现缺陷态较多的ZnO材料对金属表面等离激元的反应更为灵敏。
5.通过对Au膜与Ag膜的膜厚与颗粒度的分析,发现合理的膜厚有利于内部产生光子的出射,合理的颗粒度有利于对入射光的吸收利用。