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氧化锌单晶及激光辐照氧化锌单晶的光谱学研究

刘洁  
【摘要】:本论文工作主要围绕ZnO单晶展开,探索性地采用激光辐照的方法对ZnO单晶进行了处理,并以光致发光(PL)光谱、拉曼散射、布里渊散射为主要表征方法,配合XRD,SEM技术,系统研究了不同激光能量密度下的辐照对ZnO单晶结构及物性的影响。 论文首先从ZnO材料的发光性能出发,系统研究了不同激光能量密度下辐照ZnO单晶的结构及表面变化,在此基础上分析了辐照ZnO单晶的PL谱中UV峰和可见发光区内的变化,并对样品中存在的缺陷种类进行了推证。之后采用偏振的方法对在不同退火温度下获得的ZnO单晶样品进行了PL研究,根据锌、氧空位各自所具有的不同极性,尝试通过非拟合的方法,直接获取可见发光区内不同缺陷的发光峰峰型的相关信息。根据在PL谱中观察到的UV峰和DBE发光峰随着激光辐照能量密度的增加而变化,表明样品内部的晶格结构在高能量密度的辐照下将会出现变化。因此采用拉曼散射的方法对激光辐照对晶体结构的影响进行研究。由于激光辐照不会引入外界杂质,这样有助于认清出现在辐照ZnO单晶样品的拉曼光谱中的附加拉曼振动模成因,并为辨别出现在掺杂ZnO材料拉曼光谱中位于相同位置处的附加拉曼振动模的起源机制存在的争议提供了非常有用的信息。此外,随着激光能量密度的增加,拉曼光谱中的基频模E_2(high)和位于500-600 cm~(-1)范围内的附加拉曼振动模都在峰强和线宽上出现了明显的变化,且这两者的峰强变化趋势完全相反。因此,以这两个峰作为特征峰,对纵向深度扫描结果进行分析。根据它们的峰强比的变化和扫描深度之间的关系,对激光辐照层的深度进行了估算。通过分析在纯机械应力影响下普通ZnO单晶拉曼光谱的非谐性变化规律,比照在辐照ZnO单晶的拉曼光谱中所观察到的附加拉曼振动模的异常增强,对其产生机制进行了分析,并对晶体中缺陷存在的形式进行了分析。随着ZnO单晶的内部晶格结构的变化,其相应的弹性,压电系数势必将受到影响,并晶体内声速传播也将出现变化。为了保证能在一块样品上测量获得其全部的弹性及压电系数,以保证实验结果的准确性,因此采用布里渊散射的方法研究了248 nm KrF准分子激光在不同激光能量密度下的辐照对ZnO单晶的弹性及压电性的影响。


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