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Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的制备及光致发光特性研究

叶小亮  
【摘要】:作为直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体的硫化锌(ZnS)和氧化锌(ZnO)被广泛应用于光子、光学和电子器件中,由于它们独特的光学、电学和化学性质近年来受到了人们特别的关注。在本文中,我们采用溶胶凝胶法用PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作为包覆剂合成了稀土离子掺杂硫化锌半导体纳米晶体。对稀土离子掺杂的ZnS纳米晶在不同温度下的光致发光光谱做了记录,同时用化学浴沉积法合成了ZnO和ZnCdO微米棒,对它们在不同激发功率下的光致发光光谱做了测试。对半导体纳米材料的光学性质进行了系统的探讨。此外,我们在ZnO微米棒的光致发光谱中观察到了的回音壁模式(WGMS)的发光,对两种不同偏振的回音壁模式进行了深入的讨论。 (1)采用溶胶凝胶法合成了Yb3+离子和Er3+离子掺杂硫化锌半导体纳米晶体,利用X射线衍射(XRD)和物性综合测量仪(PPMS-9)分别对纳米粒子的结构和磁性进行了观测。对Yb3+掺杂的ZnS纳米粒子在不同温度下的光致发光谱做了记录,结果表明在不同的温度下观察到了两个发光带,其中I.269eV处的高能发光带来自于激发态2F5/2的最低子能级到基态2F7/2的最低子能级之问的跃迁,随着温度的升高,1.269eV处发光带的宽度增加,与它相邻的发光峰则很可能是声子伴线,随着温度的变化,低能发光带峰值位置的移动也被观察到了。另外,Yb3+离子和Er3+离子掺杂硫化锌纳米晶样品在不同温度下表现出了顺磁性行为。Yb3+离子和Er3+离子掺杂硫化锌纳米晶的磁化强度M随着外部磁场的增大而增大,磁化率随着温度的降低而增大。 (2)采用化学浴沉积法合成了ZnO和ZnCdO微米棒。利用X射线衍射和透射电子显微镜对微米棒的结构和形貌进行了表征。我们对两种样品在不同激发功率下的光致发光谱做了测试。紫外发光强度随着激发功率的增大而增强,发光峰的半高宽也随着激发功率的增大而增大,紫外发光峰的峰值位置随着激发功率的增大而发生了移动。特别地,结果表明随着激发功率的增大,激发功率对ZnCdO样品紫外发光的峰位移动影响比纯ZnO更显著。 (3)采用化学浴沉积法合成了ZnO微米棒,在ZnO微米棒的光致发光中观察到了回音壁模式的发光。透射电子显微镜和X射线衍射的结果表明这种矩形微米棒具有单晶纤锌矿结构。除带边发射,ZnO微米棒的光致发光显示了两种不同偏振下的回音壁模式。在一个较大的波段内,两种不同偏振的回音壁模式有着相同的模间距。由于性质的不同,两种偏振的回音壁模式有着不同的表现。


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