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《天津理工大学》 2009年
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氧化锌量子点结构、缺陷和发光性能的研究

庄晋艳  
【摘要】: 氧化锌(ZnO)是一种具有六方纤锌矿结构的II-VI族宽带隙半导体材料,室温下带隙宽度达3.3 eV。它具有良好的物理特性,易于与多种半导体材料实现集成化,[0]是一种广泛应用的光电材料。 本文总结了ZnO量子点的基本特性以及微观结构,回顾了目前国际上通用的ZnO制备方法、结构缺陷分析与控制的研究现状。随后围绕ZnO量子点的可控制备及对ZnO量子点表面缺陷的调控两大方面展开了研究,探讨了液相法技术控制ZnO量子点粒径的因素与途径,利用发光光谱研究了表面处理对ZnO量子点缺陷的修饰与控制以及金属或稀土离子掺杂对发光波长的影响。研究结果如下: 1.具有可控粒径ZnO量子点的合成及其生长动力学的研究:量子点粒径的控制合成是研究其各种性质的前提,在光电器件的应用中起着重要的作用。本文系统地讨论了反应温度、前驱物浓度及溶液的pH值对ZnO量子点生长过程、粒径及荧光强度的影响。结果表明:当pH在9左右,前驱物浓度为0.02 M时,调节反应温度可以使ZnO量子点直径在3 nm-6 nm之间变化。我们对不同温度下ZnO量子点形成过程中的形核,长大和老化阶段进行了讨论,发现晶核的形成和长大阶段为快速过程,并且随着温度的升高其生长速率加快,后期的老化过程较慢,采用Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW)模型解释了这一过程。[0]不同生长温度量子点的光致发光光谱测试结果表明,紫外区域发射是由激子复合造成的,可见区域的发光来源于导带底到氧填隙缺陷能级的跃迁。 2.可见区域不同波段缺陷的可控研究:目前对ZnO缺陷发射来源一直存在争议,本文通过对所获得的ZnO量子点的表面进行了处理,以研究量子点表面缺陷的[0]组成以及对荧光强度产生的影响。首先在氧化锌表面包覆了CuO壳层,其紫外波段荧光强度有所提高,当CuO与ZnO的摩尔比为l: 2时荧光强度达到最大值。这是由于随着水解的氧化铜增多,界面上的悬键和缺陷大量减少或消失,当摩尔比为l: 2时,对表面态的修复达到最优状态。绿光波段发射强度受到了抑制。其次,选择硫化钠和硫代乙酰胺为前驱物,形成宽带隙的硫化锌对氧化锌进行包覆,制备获得ZnO/ZnS核/壳结构的量子点在可见区域的荧光强度明显减弱,说明均在氧化锌量子点表面形成了包覆层,表面缺陷减少。本文还通过加入一定量巯基乙酸制备水溶性量子点,当ZnO与MPA的摩尔比为l: 1,荧光强度达到最大值,并随着巯基乙酸的进一步增加荧光强度减弱。这是由于电子通过非辐射跃迁转移至MPA的最低未占轨道中,导致电子从能级跃迁回价带的几率减少。我们制备了氧化锌薄膜并选择溅射方式在其上形成金的薄膜。被离子溅射后的紫外波段的荧光强度在沉积10 s时强度最强,这是由于随着沉积时间的延长金粒子沉积在氧化锌表面的密集度增加,从而使晶格趋于完善,致使发光强度最强。 3. ZnO掺杂量子点的研究:选用与锌离子半径相近的Cu离子取代Zn离子,光谱分析表明在320 nm光激发下获得了490 nm左右的蓝色发射,且当掺杂量为0.2 %时发光强度最强。随后,选择了铕离子进行掺杂,制备了ZnO: Eu量子点,随着铕离子掺杂浓度的增加其荧光强度增强。对以上两种掺杂粒子的能级模型进行了讨论。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O471.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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