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《河南大学》 2010年
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表面等离子体对纳米结构ZnO膜光致发光性能的调制

李学红  
【摘要】: 氧化锌(ZnO)是直接带隙宽禁带化合物半导体材料,其禁带宽度为3.37 eV,在室温下拥有60 meV的激子束缚能,具有高的热稳定性和卓越的光学性质,因此,ZnO成为继GaN之后研究的一个新热点。尽管ZnO薄膜的研究在实验和理论方面都取得了可喜的进展,但是表面等离子体对ZnO薄膜发光的调制机制有待于进一步的研究。 在本论文中,用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长纳米结构ZnO薄膜,在纳米结构ZnO薄膜表面上利用真空直流溅射仪蒸镀Au纳米颗粒。ZnO薄膜晶体结构用X-射线衍射仪(XRD)表征,结果表明制备的ZnO为纤锌矿六角形结构,和沿c轴择向生长特性。 样品的表面形貌和表面粗糙度分别用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测定,SEM测定样品的表面形貌,AFM测试确定样品的表面粗糙度。 通过对ZnO薄膜的光致发光(PL)谱的荧光光谱仪测试,发现多数未蒸镀Au的ZnO薄膜PL谱由两个发射峰组成,一个是波长约380 nm的近带边发射,另一个是约500 nm深能级发射。通常,与可见光发射强度相比,紫外发射的强度相对较弱。而蒸镀Au后的ZnO薄膜PL谱也由紫外发射带和可见光发射带组成,但是,它们的发光强度发生了很大变化。在不同温度下制备的ZnO样品蒸镀Au以后的紫外发射强度和未蒸镀Au的相比,紫外发射强度的增强倍数不同。同时,蒸镀Au前后ZnO薄膜的PL谱中的可见光发射得到不同程度的抑制。关于ZnO薄膜的光致发光的显著的改变,物理机制是入射光的电场和Au纳米颗粒表面的电子耦合,在Au和ZnO的界面处产生了表面等离子体,Au纳米颗粒附近的电场可强烈增强,所以,激发源强度的剧增造成激发过程中激发速率的提高。对于缺陷发光的抑制,可以认为借助金纳米颗粒,缺陷态上的电子被转移到导带上,电荷的转移引起导带电子密度的增加,最终造成紫外发射的增强,使缺陷态电子密度的下降导致可见光发射的抑制。 表面蒸镀Au纳米颗粒的ZnO膜的吸收谱用紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR spectrophotometer)测试,实验结果显示在可见光区~500 nm处出现强的吸收峰,此吸收峰由Au纳米颗粒的表面等离子体共振吸收所致。用拉曼光谱仪测试了ZnO的拉曼散射,确定分子的振动模式。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O484.41

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【参考文献】
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