激光分子束外延ZnO薄膜的缺陷发光研究

利用激光分子束外延方法在温度为573 K的单晶硅(100)衬底上制备了不同氧压条件下的氧化锌薄膜,对其结构和光学特性进行了研究.结果表明:所有的ZnO薄膜都具有很好的C轴择优取向.在氧压为1 Pa时,薄膜紫外发光最强,半高宽最窄(101 meV).变温发光光谱表明:当温度从80 K升至室温时,制备氧压为1 Pa的薄膜未发现可见光发射;而制备氧压为30 Pa的薄膜随着测量温度的降低,出现了可见光发射,并且随着测量温度的降低,与氧空位、氧占位和氧替锌位相关的缺陷发光峰出现红移,而与氧替锌位发光峰相近的锌位缺陷发光峰出现蓝移.     

熔盐法生长ZnO单晶颗粒的机制与光学性能研究

文章采用熔盐法生长ZnO颗粒,研究了颗粒生长机制以及合成条件对于颗粒晶体质量和光学性能的影响.研究发现:熔盐法生长的ZnO颗粒为单晶,具有六角纤锌矿结构,其生长机制由Ostwald熟化生长和取向联结生长2种机制组成;此外,煅烧条件对于颗粒的晶体质量和发光性能均具有很大影响;Ar气负压条件下的高温煅烧有助于提高颗粒整体的结晶质量,但同时也会在颗粒内引入氧空位缺陷,从而使其具有较强的绿光发射性能;而ZnO颗粒在空气常压条件下煅烧虽然可以减少氧空位缺陷,但是其较快的生长速率却会在颗粒内引入应力和其他缺陷,从而降低颗粒的晶体质量,造成其发光性能很弱.     

ZnO中氧空位缺陷形成能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnO在富氧和富锌条件下氧的单空位、双空位和三空位缺陷的形成能.结果表明:在富氧和富锌条件下,随着氧空位浓度的增加,氧空位形成能变大,说明ZnO中不容易产生多空位氧缺陷;随着氧空位浓度的增加,氧空位对应的吸收光谱红移;分散型氧双空位的形成能低于聚集型氧双空位,说明ZnO中不容易产生氧空位聚集,由此可解释ZnO的抗辐照能力;在富锌条件下,聚集型氧双空位的形成能大于分散型氧三空位的形成能,说明在此条件下聚集型氧双空位更难形成.     

深能级瞬态分析法研究纳米氧化锌的绿光发光机制

目的 研究纳米氧化锌的绿光发光机制.方法 深能级瞬态分析法.在实验设计中.根据衬底和薄膜的性质,利用示波器、纯电阻箱、信号源等简单的实验设备.在理论计算方面,用Matlab语言编程计算得到缺陷能级.结果 实验精度较高;缺陷能级距导带1.62 eV,这个能量差值恰和孙玉明在ZnO缺陷能级计算的博士论文中氧空位缺陷能级相符.结论 绿光发射是电子由导带到氧空位缺陷能级的跃迁所致.     

Au表面等离激元增强ZnO微米碟紫外发光研究

利用简单气相传输法制备ZnO微米碟,通过在其表面溅射一层Au纳米粒子,构建Au与ZnO的复合结构,详细探讨ZnO微米碟的紫外发光增强性能及Au表面等离激元与ZnO激子的耦合过程和耦合机制.研究结果表明,溅射Au纳米颗粒使室温下生长的ZnO微米碟的紫外发光增强了近10倍;Au与ZnO的复合结构中存在ZnO近带边发光增强和缺陷发光被抑制的2个物理过程;在Au与ZnO的耦合过程中,能量耦合与电子转移共同存在.     

水溶液的化学方法生长MgZnO、CdZnO纳米棒

用水溶液的化学方法生成MgZnO和CdZnO合金纳米棒并研究其相关发光性能.用水溶液的化学方法合成Mg0.06Zn0.94O合金结构的纳米棒,纳米棒沿C轴方向择优生长,平均尺寸约为500nm.用水溶液的化学方法合成CdZnO合金结构的纳米棒,纳米棒沿C轴方向择优生长,平均尺寸约为100-200nm,与不掺Cd的样品相比,激子的复合发光峰发生红移.     

氧浓度对MS法制备的ZnO:Sb薄膜的光学性能影响

在玻璃衬底上以Zn-Sb合金靶为靶材,采用射频反应磁控溅射法制备出具有良好C轴取向的ZnO:Sb薄膜.用X射线衍射仪、分光光度计和荧光发光光度计等测试手段分析了Sb掺杂ZnO薄膜的晶体结构和光学性质.薄膜在N2气中550 ℃退火后的X射线衍射谱表明: Sb掺杂ZnO薄膜主要沿ZnO的(002)方向生长,没有检测到其它杂质相的生成.退火前,薄膜的光学带隙随氧浓度的增大而增大,退火后薄膜光学带隙减少.薄膜的室温光致发光谱中有较强的蓝光发射峰,并对蓝光的发射机理作了分析:蓝光(487 nm左右)的发射与锌填隙(Zni)和锌空位(VZn)缺陷能级有关,还与Sb3+离子提供了相应的蓝光中心有关;蓝光峰(436 nm左右)的发射与锌填隙缺陷能级和氧空位(VO)形成的浅施主能级有关,这些蓝光峰的出现对于开发出单色蓝光发光器件有重要意义.     

ZnSe/5B2O3-95SiO2纳米复合材料的制备及性能表征

采用溶胶凝胶工艺在室温合成合有Zn、Se成分和玻璃相成分的均匀透明凝胶，并通过CO还原气氛热处理，在凝胶玻璃中原位生长出ZnSe纳米晶体．利用BET比表面积、透射电镜、吸收光谱、荧光光谱等分析手段对ZnSe纳米复合材料的组成结构及量子尺寸效应影响下的光学性能进行了表征，结果表明：5B2O3—95SiO2凝胶玻璃的多孔结构可有效地分散ZnSe纳米晶粒；纳米复合材料中ZnSe纳米晶粒呈球形，粒径约为3．5nm；吸收光谱中，ZnSe纳米复合材料的吸收边相对于ZnSe体材料发生蓝移，随着ZnSe在凝胶玻璃中摩尔分数的增大，蓝移量减小，相应ZnSe纳米晶粒尺寸增大；在荧光光谱中，500nm附近的发光带是凝胶玻璃中的ZnSe纳米晶体表面态复合和缺陷发光，当ZnSe的摩尔分数达到0．07时，观测到了浓度的荧光淬灭现象．     

缺陷情况下ZnO电子结构的第一性原理研究

由于缺陷对氧化锌ZnO晶体的光电性能具有重要影响,采用基于密度泛函理论的从头计算量子力学程序的CASTEP软件构造了氧间隙、氧空位和锌空位3种缺陷类型,利用第一性原理计算ZnO的拉曼光谱,通过与实验所得拉曼光谱进行对比,确定ZnO晶化过程中缺陷的构型,并进一步计算了含有不同缺陷的ZnO模型的电子结构.结果表明:氧空位缺...     

磁控溅射制备ZnO:Ag薄膜及其室温光致发光特性

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出含Ag量不同的Ag掺杂ZnO:Ag薄膜,利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪及荧光分光光度汁研究了不同Ag掺杂量对ZnO薄膜结构及荧光发射谱的影响.在室温下测量了样品的光致发光谱,所有样品都出现了446nm左右的蓝色发光峰,在掺杂以后的样品中观察到波长位于368 nm左右的较强紫外发射.结合x射线衍射仪、光电子能谱仪等的测量结果,分析认为,样品紫外光发射的显著增强源于Ag掺杂以后在晶粒间界形成的大量激子,而蓝光的发射来源于Zn空位.     

ZnO纳米晶的拉曼光谱

通过溶胶-凝胶法制备了5~31 nm氧化锌纳米晶,测量了它们的拉曼光谱,结果表明二级拉曼模随粒径减小相对强度增大,归因于尺寸效应.新出现的938 cm-1模指认为来自表面氧空位.     

Single-exciton optical gain in semiconductor nanocrystals

Nanocrystal quantum dots have favourable light-emitting properties. They show photoluminescence with high quantum yields, and their emission colours depend on the nanocrystal size--owing to the quantum-confinement effect--and are therefore tunable. However, nanocrystals are difficult to use in optical amplification and lasing. Because of an almost exact balance between absorption and stimulated emission in nanoparticles excited with single electron-hole pairs (excitons), optical gain can only occur in nanocrystals that contain at least two excitons. A complication associated with this multiexcitonic nature of light amplification is fast optical-gain decay induced by non-radiative Auger recombination, a process in which one exciton recombines by transferring its energy to another. Here we demonstrate a practical approach for obtaining optical gain in the single-exciton regime that eliminates the problem of Auger decay. Specifically, we develop core/shell hetero-nanocrystals engineered in such a way as to spatially separate electrons and holes between the core and the shell (type-II heterostructures). The resulting imbalance between negative and positive charges produces a strong local electric field, which induces a giant ( approximately 100 meV or greater) transient Stark shift of the absorption spectrum with respect to the luminescence line of singly excited nanocrystals. This effect breaks the exact balance between absorption and stimulated emission, and allows us to demonstrate optical amplification due to single excitons.     

ZnO纳米棒的结构及其光学性质研究

应用水热方法,合成了直径约30nm的ZnO纳米棒并通过X射线衍射、透射电子显微镜和拉曼光谱对其结构进行表征.还研究了他们的光学性质,如:室温下的光致发光谱以及温度依赖的光致发光光谱.研究结果显示,反应溶液的pH值修饰了ZnO纳米棒的长径比.观测到了ZnO纳米棒中源自激子的紫外发光(3.2eV)和来自于深能级缺陷的可见发光(2.0eV).根据变温发射光谱,通过对实验数据的拟合获得了一些重要的参数,如:激子的爱因斯坦温度及深能级的热激活能等.     

CuCl团簇组装薄膜的荧光红移现象

利用气相蒸发技术成功的制备了两个ＣｕＣｌ团簇薄膜样品．ＣｕＣｌ团簇被沉积到单晶Ｓｉ和石英衬底上,然后覆盖一层ＮａＣｌ以防氧化．通过透射电镜和选区衍射观察得知,两个样品主要由ＣｕＣｌ纳米晶和少量的Ｃｕ聚集体构成,其中ＣｕＣｌ纳米晶的直径分别约为３ｎｍ和６ｎｍ;通过室温下测得的光吸收和荧光光谱,发现ＣｕＣｌ激子吸收峰并未出现,而荧光峰向低能方向移动,这可能是激子声子强相互作用引起的结果．在７７Ｋ温度观察到由激子声子耦合而展宽的荧光峰,其峰值近似与量子限制模型的计算结果一致,同时观察到来自陷阱态的宽峰．通过比较３００Ｋ温度下激子荧光峰的展宽和红移量,发现团簇尺寸小的薄膜样品（３ｎｍ）中激子声子相互作用更强,这与理论预测定性一致     

纳米氧化锌的水热法生长及其光学特性研究

利用水热法成功制备了纤锌矿结构的ZnO纳米小刺球结构．小刺球结构是由多片ZnO纳米晶在生长过程中自组装而成．随着反应溶液中S_2-的含量的增加,小刺球结构的尺寸逐渐变小．这是由S_2-在ZnO样品中引入的缺陷增多造成的,表明大量的缺陷会对形成小刺球结构的片状ZnO的有序生长机制造成影响．缺陷的增多对带边发光一直起到削弱的效果;但在一定程度上会增强ZnO可见光的发光强度,但更多的缺陷会导致非辐射复合中心的大量增加,在荧光光谱中表现为可见光发光强度随着反应溶液中S_2-的含量的增加而先变强再变弱．合理调整反应溶液中S_2-的浓度可以生长出合适紫外、可见光强度比的ZnO材料,这在半导体白光发光器件中具有潜在的应用价值．     

水热法合成Y2O3 ∶ Yb3+,Er3+上转换材料及发光特性

以Y2O3,Yb2O3和Er2O3为原料,利用水热法制备Y2O3,Yb3+,Er3+纳米上转换材料.通过X射线粉末衍射、扫描电镜和透射电镜对材料的晶型、成分、粒径及表面形貌进行分析.实验结果表明:所得粉体的晶型为立方晶系,晶粒为圆球形,平均粒径为20 nm.在波长为980 nm半导体激光器激发下产生绿色和红色的上转换荧光;改变Yb3+,Er3+的掺杂比例,激发产生的绿光和红光的荧光强度随Yb3+,Er3+掺杂比例的改变而发生变化.     

纳晶硅氧化层中陷阱态的发光模型

纳晶硅氧化以后的PL发光带中心明显地钉扎在690nm～750nm波长之间，发光强度有显著的增加。我们通过研究纳晶硅氧化后化学键结构的改变和对应能带结构的变化，表明在较小尺寸纳晶硅的氧化过程中，有Si-O-Si桥键和Si=O双键的形成，产生对应的电子陷阱态出现在带隙中。PL发光的增强和中心波长的钉扎效应可以用纳晶硅中的量子受限理论和带隙中的陷阱态模型来解释。其中，陷阱态的位置低于量子受限激发态的位置是PL发光出现钉扎与增强效应的必要条件。     

溅射气氛对ZnO∶N薄膜光学性能的影响

以ZnO陶瓷为靶材,高纯N_2和Ar为溅射气体,利用磁控溅射生长系统制备N掺杂ZnO薄膜.通过改变溅射气氛中N_2的流量,研究ZnO薄膜光学性能的变化规律,其中N_2流量分别控制为0,8,20,32mL/min.结果表明:当溅射气氛中N_2流量增加时,ZnO∶N薄膜的光学带隙发生改变,吸收边红移;在室温光致发光光谱中,紫外激子发射峰与可见光区发射峰强度的比值变小,紫外激子发射峰位红移;在Raman光谱中,位于272,642cm-1附近的振动模增强.     

表面活性剂对氧化锌微纳米晶形貌及光致发光性能的影响

以硝酸锌、氢氧化钠为原料,采用水热法制备出氧化锌微纳米晶,并研究了表面活性剂对氧化锌微纳米晶形貌的影响,探讨了不同形貌氧化锌微纳米晶的生长机理。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及光致发光谱（PL）等测试手段对产物的结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明,借助表面活性剂CTAB、SDBS、PVPK90可分别制得片状、棒状和花状纤锌矿型氧化锌微纳米晶,3种形貌的氧化锌微纳米晶均具有光致发光特性,尤其片状ZnO微纳米晶的光致发光峰最强。     

ZnCoO和ZnO纳米棒阵列的结构及发光特性

高浓度排列的ZnCoO、ZnO纳米棒在70℃下水热反应垂直生长在含ZnO薄膜涂层的玻璃上,这些阵列的形貌、结构和发光机理分别用场射扫描电子显微镜、X-ray衍射、光致发光来研究,显示出纳米棒直径为150 nm,沿着[0001]方向生长,氨水浓度和ZnO缓冲层在ZnCoO纳米棒成核和生长中起着重要的作用.用波长为325 nm的激光激发样品,测量了光致发光谱,光致发光表明PL光谱是由宽紫外光和可见光构成,并进一步观察发光谱随激发光功率密度的变化关系,对谱线强度、峰值波长进行了测量,同时对发光谱产生的机理、强度饱和值存在的原由、强度随激发光功率密度变化及紫光峰红移的起因进行了分析.