本文關(guān)鍵詞：低維寬帶隙Ⅱ-Ⅵ半導(dǎo)體材料的制備及性能的研究

  更多相關(guān)文章： 氣相傳輸法 納米晶體 紫外光探測(cè) 能帶可調(diào) 激光發(fā)射

【摘要】：II-VI族半導(dǎo)體納米晶體由于其寬帶隙結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì),在光電器件中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于II-VI族半導(dǎo)體納米晶體,可以通過(guò)不同的制備工藝來(lái)獲得豐富的形貌結(jié)構(gòu),并且展現(xiàn)出相應(yīng)獨(dú)特的光電性能。合理和精確調(diào)控半導(dǎo)體納米材料光電性能,對(duì)其在場(chǎng)發(fā)射顯示、發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、太陽(yáng)能、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的研究意義。本論文利用高溫氣相傳輸法制備了Zn S、Znx Cd1-x S、Cd S1-x Sex納米晶體并對(duì)其發(fā)光、紫外光探測(cè)和激光等光電性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究工作如下:(1)以Zn S顆粒為原材料,利用氣相傳輸法制備Zn S納米線。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X射線能譜儀(EDS)、X射線衍射(XRD)和透射電鏡(TEM)等表征手段對(duì)納米線的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。XRD和高倍透射表征結(jié)果表明Zn S納米線是單晶纖鋅礦結(jié)構(gòu)。利用熒光光譜儀測(cè)試Zn S納米線的光致發(fā)光特性,僅呈現(xiàn)近帶邊的紫外發(fā)射,其發(fā)光中心大約在347 nm。為了深入地闡釋其發(fā)光機(jī)理,我們研究了納米線的變溫光致發(fā)光性能,并且得到了相關(guān)的光學(xué)常數(shù),比如其激子活化能、Varshni系數(shù)等,并以此詳細(xì)地解釋了Zn S發(fā)光的機(jī)理。此外基于其帶邊紫外發(fā)射,通過(guò)構(gòu)建了單根Zn S納米線的紫外探測(cè)器并對(duì)其紫外光響應(yīng)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,Zn S具有良好的光電開關(guān)能力和極快的光響應(yīng)速度,這進(jìn)一步說(shuō)明Zn S納米線特別適合應(yīng)用于紫外光探測(cè)器件。(2)以Zn S和Cd S顆粒為原材料,利用摻雜工藝調(diào)節(jié)Zn/Cd的摩爾比例制備波長(zhǎng)可調(diào)的Znx Cd1-x S納米帶。利用SEM、EDS和XRD對(duì)納米帶的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地表征分析。結(jié)果表明Znx Cd1-x S樣品為帶狀結(jié)構(gòu)并具有三元合金特性,同時(shí)XRD分析揭示了晶格常數(shù)與合金組分x呈線性關(guān)系。熒光測(cè)試結(jié)果表明,樣品的發(fā)射帶均有一個(gè)近帶邊的發(fā)射峰,其發(fā)射波長(zhǎng)逐漸從紫外區(qū)(341nm)向可見區(qū)(513nm)發(fā)生紅移。其中組分x=0.59和x=0.42兩個(gè)樣品在530 nm左右出現(xiàn)缺陷峰,這是由晶體結(jié)構(gòu)本身決定的。我們推測(cè),在合成三元合金Znx Cd1-x S時(shí),由于Zn和Cd原子半徑大小的不同,當(dāng)Zn/Cd比例相當(dāng)時(shí),合金的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生微小的變化,從而引起其缺陷峰的出現(xiàn)。根據(jù)能帶與組分x的擬合曲線可得,Znx Cd1-x S納米帶的能帶可調(diào)性對(duì)相應(yīng)組分x具有依賴性。因此說(shuō),調(diào)節(jié)半導(dǎo)體化合物的組分是一種調(diào)節(jié)其帶隙的重要手段。(3)利用第一性原理計(jì)算了樣品的能帶結(jié)構(gòu),并闡釋了其能帶可調(diào)諧的機(jī)制。利用氣相傳輸法和摻雜工藝制備了形貌均勻的Cd S1-x Sex納米帶,并對(duì)樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)表征,Cd S1-x Sex納米帶是單晶纖鋅礦結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)節(jié)Zn/Cd不同摻雜比例,制備了發(fā)光波長(zhǎng)在507 nm至710 nm之間連續(xù)可調(diào)的納米帶微結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)變溫光致發(fā)光光譜的分析,得到了不同樣品的激子相關(guān)光學(xué)特性常數(shù),解釋了Cd S1-x Sex納米帶的發(fā)光機(jī)理。通過(guò)共聚焦顯微熒光技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Cd S1-x Sex納米結(jié)構(gòu)的F-P模微激光輻射,并且通過(guò)時(shí)域有限差分方法(FDTD)進(jìn)一步從理論上證明在納米帶兩邊形成F-P激光發(fā)射。
【關(guān)鍵詞】：氣相傳輸法 納米晶體 紫外光探測(cè) 能帶可調(diào) 激光發(fā)射
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.25
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 引言12
• 1.2 半導(dǎo)體材料簡(jiǎn)介12
• 1.3 半導(dǎo)體納米材料的特殊效應(yīng)12-14
• 1.3.1 量子尺寸效應(yīng)13
• 1.3.2 表面效應(yīng)13
• 1.3.3 小尺寸效應(yīng)13
• 1.3.4 介電限域效應(yīng)13-14
• 1.3.5 宏觀量子隧道效應(yīng)14
• 1.4 半導(dǎo)體納米材料的主要制備方法14-21
• 1.4.1 液相法15-18
• 1.4.2 氣相沉積法18-21
• 1.5 半導(dǎo)體納米材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究21-27
• 1.5.1 生物醫(yī)學(xué)21-22
• 1.5.2 半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池22-23
• 1.5.3 半導(dǎo)體光電探測(cè)器件23-25
• 1.5.4 半導(dǎo)體發(fā)光二極管25-26
• 1.5.5 半導(dǎo)體激光器（受激輻射）26-27
• 1.6 本論文的主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 第二章 高質(zhì)量ZnS納米線的光致發(fā)光和光響應(yīng)特性29-38
• 2.1 引言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-30
• 2.2.1 樣品的制備29-30
• 2.2.2 樣品表征與測(cè)試30
• 2.3 結(jié)果與討論30-37
• 2.3.1 ZnS納米線形貌和結(jié)構(gòu)表征30-32
• 2.3.2 ZnS納米線的光學(xué)特性32-34
• 2.3.3 ZnS納米線的光學(xué)常數(shù)34-35
• 2.3.4 ZnS納米線的紫外光探測(cè)性能的研究35-37
• 2.4 小結(jié)37-38
• 第三章 三元Zn_xCd_(1-x)S納米帶的制備及能帶調(diào)控38-45
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39
• 3.2.1 樣品制備39
• 3.2.2 樣品表征39
• 3.3 結(jié)果與討論39-44
• 3.3.1 Zn_xCd_(1-x)S樣品的形貌39-40
• 3.3.2 Zn_xCd_(1-x)S納米帶的XRD分析40-42
• 3.3.3 Zn_xCd_(1-x)S納米帶連續(xù)可調(diào)諧的光致發(fā)光譜42-43
• 3.3.4 Zn_xCd_(1-x)S納米帶的能帶調(diào)控43-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 第四章 帶隙可調(diào)諧CdS_(1-x)Se_x納米微結(jié)構(gòu)的激子發(fā)光機(jī)制及其激光特性45-59
• 4.1 引言45-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分46-47
• 4.2.1 樣品制備46
• 4.2.2 表征與測(cè)試46-47
• 4.3 結(jié)果與討論47-58
• 4.3.1 帶隙可調(diào)諧CdS_(1-x)Se_x的理論分析47-49
• 4.3.2 CdS_(1-x)Se_x納米帶的形貌及結(jié)構(gòu)49-51
• 4.3.3 CdS_(1-x)Se_x微米帶的光致發(fā)光特性（PL）和禁帶寬度（Eg）51-53
• 4.3.4 CdS_(1-x)Se_x納米帶的變溫光致發(fā)光特性53-54
• 4.3.5 CdS_(1-x)Se_x納米帶的光學(xué)常數(shù)54-55
• 4.3.6 CdS_(1-x)Se_x納米帶的激光特性55-57
• 4.3.7 時(shí)域有限差分法模擬CdS_(1-x)Se_x納米帶的F-P微激光57-58
• 4.4 小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 結(jié)論59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-70
• 致謝70-71
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

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