激光制备氧化锌纳米材料及其激光辐照效应研究

【摘要】： 氧化锌是宽带半导体材料,具有很高的激子束缚能,在紫外探测、光电子器件、LED、LD等领域极具开发和应用价值。近年来,随着纳米技术的发展以及对器件微型化的要求,氧化锌纳米材料的制备及其光电性能的研究成为世界范围内的新热点。 本论文介绍以先进的激光技术为手段,将其应用到氧化锌纳米材料制备和性能改善的研究。首先,采用脉冲激光溅射沉积技术在蓝宝石衬底上制备了氧化锌薄膜,并详细讨论了工艺参数如沉积温度、氧压对氧化锌薄膜性能的影响,获得了制备氧化锌薄膜的最佳工艺条件。其次,系统地研究了氧化锌薄膜的激光辐照效应,发现:采用248 nm波长KrF准分子激光辐照可以大幅度提高室温下氧化锌薄膜的紫外光致发光谱强度,薄膜表面的导电性能提高了三个数量级,薄膜晶粒熔融长大,表面粗糙度大大降低。研究表明,KrF准分子激光与氧化锌薄膜相互作用时,热效应和光化学效应同时存在。导电性能和紫外光致发光谱强度的提高主要源于光化学效应的影响:KrF准分子激光的光子将薄膜的Zn-O键打断,O蒸发到空气中,导致了薄膜内浅施主能级缺陷氧空位的急剧增多。结合氧化锌晶体的激光辐照结果,推测采用脉冲激光溅射沉积技术制备的氧化锌薄膜室温下紫外发光主要起源于束缚在氧空位施主能级上的束缚激子复合发光。KrF准分子激光辐照产生的热效应影响则使得薄膜表面形貌发生了深刻变化,晶粒熔融长大,重结晶,表面粗糙度大大降低。 此外,采用波长为1064 nm的Nd:YAG脉冲激光烧蚀法制备了具有良好紫外发光性能的球形氧化锌纳米胶体颗粒,直径在50～100 nm之间,分别以YAG和KrF准分子激光为烧蚀光源制备了不同尺寸的球形银纳米胶体颗粒,研究了不同尺寸下纳米银颗粒的发光性能。初步讨论了脉冲激光烧蚀制备纳米颗粒的烧蚀机理。