有序纳米孔氧化铝模板及其在半导体量子点制备上的应用

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电化学腐蚀高纯铝片制得的多孔氧化铝模板具有独特的规则有序的纳米孔阵列,在制备各类半导体纳米材料及器件方面具有广泛的应用前景。与传统的制备纳米有序结构的平板印刷术不同的是,该模板的制备方法相当简单低廉,近几年来越来越多的引起了人们的关注及深入研究。此外,通过改变电化学氧化腐蚀的反应条件,人们可以控制纳米孔的孔间距和孔大小,分别可由50变化至400 nm、由25增大至300 nm。因此,对有序纳米孔氧化铝模板的研究有着实际的意义。 为研究高度有序纳米孔氧化铝模板的光学性质,基于模板的透射谱,我们引入修正过的四层介质模型来计算其光学厚度以及随波长变化的折射率。根据计算所得的氧化铝模板的厚度,我们提出了模板在撑孔过程中的不均匀溶解过程。此外,我们还通过分析其在带隙附近的透射谱,计算得出了多孔氧化铝模板的带隙和带尾数值。与块状氧化铝相比,多孔氧化铝的带隙值减小以及出现带尾都是由于带隙中存在未被占据的缺陷能级。 多孔氧化铝常被作为模板来制备各类半导体纳米材料,而这些材料的生长过程大多在高温下进行。因此,研究高温热处理后氧化铝模板结构及光学性质的变化是非常必要的。通过X射线衍射及显微拉曼谱,我们观察到了氧化铝模板随热处理温度的升高逐渐晶化的过程。晶化后模板内部原子的有序排列,帮助其中稳定羧酸根杂质的形成,并且这些杂质在模板的透射谱中形成了新的吸收峰。此外,基于不同高温热处理过的模板光致发光谱的比较,我们认为蓝色发光带是模板中所含的氧空位(F+中心)和草酸根杂质转移到发光中心的共同作用的结果。 另外,我们利用超薄多孔氧化铝薄膜作为模板,分别通过反应电子束蒸发和射频等离子体增强化学气相沉积这两种方法,生长了ZnO和纳米硅有序量子点阵列,由扫描电子显微镜图像可以观察到,量子点阵列很好的复制了模板的有序孔形貌。而透射电镜、显微拉曼结果等表明了氧化锌纳米点具有很好的结晶度。此外,在氧化锌纳米点阵列的变温光致发光谱中,紫外发光峰与可见波段发光峰的强度比约为400,较其他方法生长的氧化锌薄膜大很多,这说明氧化锌纳米点阵列中的氧空位较少,主要是由于生长过程中氧气充满生长腔,并且纳米点较大的比表面,使得其与氧气可以充分接触,减少氧空位。 本文在详细研究氧化铝模板本身光学性质的基础上,实现了有序半导体量子点的制备。这为有序纳米孔模板进一步的应用提供了较好的借鉴与参考。
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