本文選題：超細ZnO納米線 + 光致發(fā)光　； 參考：《哈爾濱師范大學》2015年碩士論文

【摘要】：氧化鋅(ZnO)是現(xiàn)今非常重要的寬禁帶半導體材料,禁帶寬度大約是3.37 eV。由于其在室溫下具有高達60 meV的激子束縛能,因此其在紫外光電器等方面有很大的應用潛力。與大尺寸的納米結(jié)構相比,超小納米結(jié)構由于具有相當大的比表面積,已經(jīng)成為納米科學和納米技術領域一個重要的研究課題。近年來,Ag,Au,ZnS,Si,CdSe和Fe3O4等超細納米材料的合成已經(jīng)成為研究熱點,關于這些材料的一些重大突破綜述近期也被報道。在納米材料研究領域,一維納米級半導體由于在電子、光子、傳感器、光催化、能量產(chǎn)生(比如太陽能電池)、場發(fā)射器件等方面具有潛在的應用而備受關注。ZnO是最受關注的納米材料之一。通常,直徑小于10 nm的ZnO納米線由于其量子限域效應明顯,能展現(xiàn)出神奇和獨特的性質(zhì)。故而研究超細ZnO納米線的制備及其相應的物理和化學性質(zhì)也吸引了很多課題小組的興趣。光致發(fā)光光譜是不與材料直接接觸且不損壞材料的探測材料內(nèi)部結(jié)構的非常有效的途徑。因此本文針對當前納米材料領域仍然比較熱點的材料ZnO進行了深入的研究,包括超小尺寸ZnO納米結(jié)構的制備及其光學性質(zhì)。本文用化學氣相沉積(CVD)方法在Cu襯底上制備了超細的ZnO納米線,利用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對其表面形貌進行了表征,并對其進行了光致發(fā)光測試。由TEM平面圖可知,本文所制備的ZnO納米線的直徑為5 nm~8 nm。本文開辟了一種不用催化劑就能得到超細一維納米結(jié)構的途徑(CVD方法)。本文使用325 nm He-Cd激光器對所制備的超細ZnO納米線進行了光致發(fā)光性質(zhì)研究。在室溫下,超細ZnO納米線PL光譜的自由激子峰位比ZnO粉末的藍移了40 meV,這被歸因于納米線的量子限域效應。室溫PL光譜的深能級發(fā)射峰(450nm~650 nm)強度很高,這是由于小尺寸所導致的材料內(nèi)部缺陷。通過將合成樣品在15 K下的光致發(fā)光測試(PL)結(jié)果與已有文獻中直徑為4.1 nm的ZnO納米線在相同溫度(15 K)下的PL測試結(jié)果進行了對比,本文進一步證實了:納米線的量子限域效應會導致自由激子(FX)峰位的藍移,且納米線的直徑越小,FX峰位的藍移效果越明顯。為了驗證中心位于3.322 eV(標志為FX-LO)的峰位的本質(zhì),文中展示了隨著溫度升高,樣品光致發(fā)光光譜的變化情況。本文還利用法國J-Y公司生產(chǎn)的HR800微區(qū)拉曼系統(tǒng)對樣品進行了拉曼測試,其激發(fā)光源488 nm的氬離子激光器,所測拉曼光譜表明ZnO的小尺寸會導致拉曼峰的頻移和非對稱加寬。由于這種超細一維納米結(jié)構是在Cu襯底上制備的,與其他的半導體或絕緣體襯底相比,更利于人們對超細一維納米結(jié)構的研究和應用。這種ZnO微觀結(jié)構將在電子學和光學方面有深遠的應用影響。
[Abstract]:Zinc oxide (ZnO) is a very important wide band gap semiconductor material with a band gap of about 3.37 EV.Due to its exciton binding energy of up to 60 meV at room temperature, it has great application potential in ultraviolet light appliances and so on.Compared with large size nanostructures, ultrasmall nanostructures have become an important research topic in nanoscience and nanotechnology due to their large specific surface area.In recent years, the synthesis of ultrafine nanomaterials, such as Fe3O4 and Fe3O4, has become a hot topic, and some important breakthroughs in these materials have been reported recently.In the field of nanomaterials, one-dimensional nanoscale semiconductors, due to the effects of electrons, photons, sensors, photocatalysis,Energy generation (such as solar cells, field emission devices and other potential applications) has attracted much attention. ZnO is one of the most concerned nanomaterials.In general, ZnO nanowires with diameter less than 10 nm can exhibit magical and unique properties because of their obvious quantum limiting effect.Therefore, the preparation of ultrafine ZnO nanowires and their corresponding physical and chemical properties have attracted the interest of many research groups.Photoluminescence spectroscopy is a very effective way to detect the internal structure of materials without direct contact with and without damaging the materials.Therefore, in this paper, the preparation and optical properties of ultrasmall ZnO nanostructures have been studied in detail, which is still a hot material in the field of nanomaterials.Ultrafine ZnO nanowires were prepared on Cu substrates by chemical vapor deposition (CVD) method. The surface morphology was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM), and photoluminescence (PL) was measured.According to the TEM plan, the diameter of the ZnO nanowires prepared in this paper is 5 nm~8 nm.In this paper, a new way to obtain ultrafine one-dimensional nanostructures without catalyst has been developed by chemical vapor deposition (CVD).The photoluminescence properties of ultrafine ZnO nanowires prepared by 325 nm He-Cd laser have been studied.At room temperature, the peak position of free excitons in PL spectra of ultrafine ZnO nanowires is 40 MEV bluer than that of ZnO powders, which is attributed to the quantum limiting effect of nanowires.The deep level emission peak at room temperature PL spectra of 450 nm ~ 650 nm) is very high, which is due to the internal defects of the material due to the small size.The photoluminescence (PL) results of the synthesized samples at 15 K were compared with those of ZnO nanowires with a diameter of 4.1 nm at the same temperature of 15 K.It is further proved that the quantum limiting effect of nanowires will lead to the blue shift of the free exciton FX peak position, and the smaller the diameter of nanowires is, the more obvious the blue shift effect of FX peak position will be.In order to verify the nature of the peak located at 3.322 EV (marked FX-LOO), the changes of photoluminescence spectra of the samples with the increase of temperature are shown in this paper.The Raman measurements of the samples were also carried out by using the HR800 micro-region Raman system produced by J-Y company in France. The Raman spectra of the laser excited at 488nm show that the small size of the ZnO leads to the frequency shift and asymmetric broadening of the Raman peaks.Compared with other semiconductor or insulator substrates, this ultrafine one-dimensional nanostructure is more suitable for the research and application of ultrafine one-dimensional nanostructures.The microstructure of ZnO will have a profound effect on electronics and optics.
【學位授予單位】：哈爾濱師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN304.21

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本文編號：1744385