带边调制方法研究氧化锌的绿光发射机制

摘要

ZnO是一种具有压电和光电特性的六角纤锌矿结构的直接带隙宽禁带半导体材料，室温下其禁带宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，保证了其在室温下较强的激子发光。而且ZnO由于其优异的光电特性，使得它在发光(激光)二极管、紫外探测器、气敏元件、平板显示器等领域都有很好的应用前景。但由于ZnO材料本身存在本征缺陷自补偿效应使得p型掺杂难以实现，且为了更好的提高其光学性能，很多研究小组已经开展了对ZnO本征发光及可见发光的研究。在本论文中，我们对ZnO纳米粒子的可见发光机理进行了研究。 利用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备出了粒径均匀的ZnO纳米粒子，通过改变其在室温下的生长时间来改变其粒径大小，利用量子限制效应对其带边进行调制，研究了绿光发射机制。吸收光谱和发射谱的结果都表明，纳米粒子随着生长时间的增加粒径逐渐增大，带宽逐渐减小，量子限域效应弱化。通过比较绿光发射峰和紫外发射峰的峰位随粒径的变化规律，得知绿光发射来源于深能级上的电子向价带的跃迁。 同样利用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备出了Mg掺杂的ZnO纳米粒子，通过透射电镜、XRD、吸收光谱和发射光谱对其结构和光学性质进行了表征。Mg的掺入使得ZnO的导带底移向高能方向，而价带顶的位置则没有变化，带隙变宽。发射光谱与吸收光谱的结果也表明，Mg的掺入使得紫外发光峰向高能端方向移动。绿光发射峰的峰位没有随着Mg浓度的增加而发生明显移动。ZnO的导带底由Zn4s态决定，价带底由O 2p态决定，Mg的掺入替代了Zn的格位，对导带底影响较大，而深能级和价带顶的影响较小，因此，绿光发射峰的峰位不随Mg掺杂而移动也说明绿光发射可归因于深能级的电子向价带的跃迁。

目录

文摘

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第一章引言

1.1 ZnO的基本特性

1.2 ZnO的本征缺陷

1.3 ZnO可见区发光机制研究进展

1.4本论文的研究目的和研究内容

第二章理论基础

2.1半导体纳米粒子的量子限域效应

2.2晶格弛豫与多声子跃迁—黄昆因子

2.3 Mg掺杂对ZnO能带结构的影响

第三章溶胶-凝胶法制备ZnO纳米粒子及光学性质研究

3.1 样品的制备过程

3.2 样品的表征手段

3.3结果与讨论

3.3.1 ZnO纳米粒子的紫外吸收光谱

3.3.2 ZnO纳米粒子的荧光光谱

3.3.3 ZnO纳米粒子的绿光发射机制

3.4本章小结

第四章溶胶-凝胶法制备ZnO:Mg纳米粒子及光学特性研究

4.1引言

4.2 ZnO:Mg纳米粒子的制备

4.3 样品的表征手段

4.4结果与讨论

4.4.1 ZnMgO纳米粒子的形貌及结构

4.4.2 ZnO:Mg纳米粒子的光学性质的研究

4.4.3 ZnO纳米粒子的绿光发射机制

4.5本章小结

第五章总结

参考文献

致谢

在学期间公开发表论文及著作情况