硫化锌和氧化锌低维结构的制备及物性研究

来源 :中国科学院半导体研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:beemoon
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半导体低维结构材料的制备及性质研究不仅对基本研究有重要的学术意义,而且有望开拓纳米电子和光电子器件的应用前景,因而成为当前国际上的前沿课题之一。本论文包括两大部分:一是合成了ZnS零维纳米材料,研究了掺杂对光学和磁学性质的影响;二是以溶液化学为基本途径,探索出了多种ZnO低维结构的制备工艺,对材料的生长机理进行了探讨,并研究了镁掺杂对ZnO带隙及光致发光的影响。主要研究内容和结果如下:   (1)实现了对ZnS纳米晶晶体结构的控制,即在室温下采用共沉淀法合成了具有低温稳定相立方结构的ZnS纳米晶,在较低的温度下(160℃)采用热分解法获得了高温稳定相六方结构。   (2)合成了立方结构的ZnS:Mn纳米晶,研究了掺杂浓度对光学性质的影响。随着锰离子掺杂浓度增加,ZnS:Mn纳米晶的发光强度增强。对掺杂离子对形成几率的分析表明,在所研究的掺杂浓度范围内ZnS:Mn纳米颗粒中不可能存在Mn2+离子对,因此不会发生浓度淬灭。根据光致发光激发谱,Mn2+离子特征发射起源于该离子内部的d-d跃迁吸收和ZnS纳米基质的吸收。此外,对ZnS:Mn纳米晶的磁学研究表明,与体材料不同,纳米晶表现为顺磁性,Mn2+离子之间不存在反铁磁相互作用。   (3)合成了立方结构的ZnS:Cu纳米晶,在其光致发光谱中观察到一个不对称的发射峰,发现该峰可分解为两个蓝光发射峰和一个绿光发射峰,对这三个峰的起源进行了讨论,并研究了掺杂浓度对光致发光的影响。   (4)采用不同的制备方法及工艺实现了对ZnO形貌的控制,并对其生长机理进行了探讨。采用ZnS纳米晶热氧化法,获得了梭状ZnO纳米结构;采用化学浴沉积法,通过控制反应物浓度,在ITO衬底上原位生长了棒状、花状及梭状的ZnO低维结构。   (5)采用前驱体热分解法首次合成了链状ZnO:Mg纳米结构,通过对前驱体结构、形貌及热分解过程的分析探讨了这种链状结构的形成机理。利用变温光致发光谱,研究了掺杂和未掺杂样品的近带边发射,并首次在Mg掺杂的ZnO材料中观察到了施主-受主对(DAP)跃迁到导带-受主跃迁的转变。研究表明,Mg掺杂导致DAP中的受主电离能减小及带隙增加,这种带隙的增加对自由激子跃迁和束缚激子跃迁具有相同的影响。
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