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ZnO是一种直接带隙的半导体材料,室温下能隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,由于其在紫外发光和激光方面具有潜在的应用前景,而成为国际前沿中的研究热点。半导体纳米材料由于具有显著的量子效应、表面效应、特殊的电子传导效应等不同与体材料的独特的物理化学性质,纳米ZnO材料的研究引起了人们的广泛的关注。本文主要围绕着ZnO纳米晶的尺寸,表面态及纳米线掺杂等条件对其发光性能的影响开展了研究工作,并对用不同方法制备的ZnO纳米结构的生长机理进行了研究。具体的内容如下:
(1)用磁控溅射方法在BaF2的衬底上生长了BaF2包埋的ZnO纳米晶薄膜材料。在800℃退火温度下形成ZnO/BaZn2O3纳米颗粒的核-壳结构。BaZn2O3壳层的形成有两方面作用:一方面钝化了ZnO纳米晶表面的悬挂键,降低了缺陷态密度,从而提高了ZnO纳米颗粒的紫外近带边发光的效率;另一方面随着退火温度的升高,F离子的扩散,由此产生了和F离子相关的缺陷发光,从而使深能级的发光展宽,在1100℃退火后得到了通常在高温下才能形成的BaZn2O3材料。
(2)使用管式炉热蒸发Zn粉的方法,制备了Sb掺杂的ZnO纳米线,生长机制遵循汽相-固相(V-S)的生长模式,研究了与Sb受主杂质缺陷相关的束缚激子的发光,并且与BaF2包埋的ZnO纳米晶发光进行了比较,结果表明ZnO:Sb的受主束缚激子的发光与结构缺陷相关,表面态对发光峰的位置的影响较弱,但表面态对包埋的纳米晶的UV发光峰位置的影响很大。