硫化鎘(CdS)的室溫帶隙為2.42 eV,是研究光與物質(zhì)相互作用的重要半導(dǎo)體材料之一。同時(shí),CdS具有較好的穩(wěn)定性、理想的發(fā)光效率、較高的電子遷移率等特點(diǎn),可望廣泛應(yīng)用于激光器、晶體管、發(fā)光二極管、非線性光學(xué)器件、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。摻雜能夠有效調(diào)控微納材料的晶格結(jié)構(gòu)、電子能帶結(jié)構(gòu),進(jìn)而優(yōu)化調(diào)節(jié)相應(yīng)的電子學(xué)、光子學(xué)、光電性能。本論文系統(tǒng)研究CdS微納結(jié)構(gòu)碲摻雜和表面氧化調(diào)控的光子學(xué)性能,探索相應(yīng)的光物理機(jī)理。主要研究工作包括以下兩個(gè)方面:(1)采用簡(jiǎn)單的兩步化學(xué)氣相沉積法(CVD),制備出高質(zhì)量的Te摻雜CdS納米線。通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDS)、拉曼光譜等表征手段,證明我們所制備的Te摻雜CdS納米線具有較高的結(jié)晶質(zhì)量。Te元素均勻摻雜在CdS納米線上,并且未改變CdS的六角纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)。研究不同Te摻雜量對(duì)CdS納米線發(fā)光性能的影響,確定重?fù)诫s濃度下CdS納米線的發(fā)光性能發(fā)生嚴(yán)重的減弱,同時(shí)WGM腔模式發(fā)光會(huì)消失。通過(guò)顯微變溫拉曼,證實(shí)該Te摻雜CdS納米線具有較強(qiáng)的電子-聲子耦合作用,以及存在重要的表面聲子極化作用。通過(guò)不同激光功率和變溫光致發(fā)光(PL)光譜和變溫?zé)晒鈮勖庾V確定該Te摻雜CdS納米線的發(fā)光同時(shí)受到表面極化子和回音壁模式(WGM)微腔的雙重調(diào)制,并且表面極化對(duì)發(fā)光的調(diào)控隨溫度的響應(yīng)比較明顯,在低溫(80K)時(shí)表面極化的調(diào)制作用有明顯的減弱效果。該Te摻雜CdS材料還具有較寬的吸收波段,覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光范圍。(2)將純CdS微-納米線在空氣中加熱至475度得到表面氧化的CdS微納結(jié)構(gòu)。XRD、SEM、EDS、拉曼光譜以及PL mapping等表征結(jié)果證明所制備的材料為高質(zhì)量的表面氧化CdS六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)微納米線。通過(guò)不同條件的PL光譜測(cè)試以及時(shí)間分辨PL測(cè)試研究了其發(fā)光機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明表面氧化不僅提高了該氧化CdS結(jié)構(gòu)的發(fā)光性能(寬發(fā)光波段,高發(fā)光效率),還實(shí)現(xiàn)了WGM微腔與激子極化激元的耦合調(diào)控發(fā)光,進(jìn)一步確定了短波發(fā)光主要受激子極化激元調(diào)控,長(zhǎng)波發(fā)光主要受WGM光學(xué)微腔調(diào)控。
【學(xué)位單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

碩士學(xué)位論文以認(rèn)為在該 F-P 光學(xué)微腔限制下的光場(chǎng)主要受到腔壁的調(diào)制作用，即 (θ)主要由 DBRs 的光禁帶中心頻率 ( )決定。所以我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式去近似地去估算腔模式頻率隨腔長(zhǎng)的一個(gè)變化規(guī)律，該表達(dá)式為： η (1.6)對(duì)于腔模式的半高寬 (θ)的表達(dá)式，在理想的情況下可以給定。當(dāng)認(rèn)為該 F-P光學(xué)微腔對(duì)光場(chǎng)有具有極好的限制作用的時(shí)候，也就是當(dāng) R 趨近于 1 時(shí)，此時(shí)半高寬 (θ)的表達(dá)式為： (θ)= ( ( )) ( ( ) ( )) (1.7)

CdS 微納結(jié)構(gòu)碲摻雜及表面氧化調(diào)控的光子學(xué)性質(zhì)研究于前面的討論結(jié)果可以得到該半導(dǎo)體 F-P 光學(xué)微腔共振能量 E 的表達(dá)式： = （1.8）通過(guò)微腔共振能量 E 的表達(dá)式，我們可以進(jìn)一步的確定相鄰共振光波長(zhǎng)差х 與腔長(zhǎng) L 的關(guān)系式：х = ( )（1.9）從上式（1.9）可以發(fā)現(xiàn)相鄰模式的波長(zhǎng)差х 會(huì)隨著半導(dǎo)體微腔的腔長(zhǎng) L 的增大而減少，且該表達(dá)式對(duì)于我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中判定半導(dǎo)體發(fā)光的微腔模式的類型具有很大的便利。

碩士學(xué)位論文耗就會(huì)很少，所以能夠傳播到很遠(yuǎn)的地方去。北京的天壇的建筑結(jié)構(gòu)也暗含這個(gè)聲學(xué)原理，并且是已知最早的人為建造的回音壁腔。光與聲音的傳播方式很類似，聲波會(huì)被堅(jiān)硬的墻壁所反射，而光波在大于臨界角度由光密介質(zhì)中射向光疏介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生全反射。以經(jīng)典的正六邊形 WGM 光學(xué)微腔為例，如圖 1-3 所示，光在該腔體內(nèi)部沿著正六邊形邊界傳播。一束光以入射角為 θ（θ 大于該腔體材料的臨界角）向該正六邊形腔體的邊界傳播時(shí)，會(huì)在邊界處發(fā)生全反射并向下一個(gè)相鄰的邊界以相同的入射角傳播。在經(jīng)過(guò)一個(gè)周期循環(huán)后，光又會(huì)回到最初入射點(diǎn)，從而形成一個(gè)完整的光學(xué)回路，光波在腔內(nèi)會(huì)發(fā)生干涉而共振加強(qiáng)。這就是形成WGM 光學(xué)微腔共振腔模的基本思想。

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本文編號(hào)：2833631