ZnO納米線的光致發(fā)光（PL）行為研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶(Eg=3.37eV)半導(dǎo)體材料，其激子束縛能高達(dá)60meV，在室溫紫外光電器件方面有巨大的應(yīng)用潛力。與其他一維納米結(jié)構(gòu)相比，ZnO納米線由于制備工藝較為簡單而且可控性較好，對將來的器件化應(yīng)用非常有利，因此成為目前國際上的研究熱點(diǎn)之一。目前針對ZnO納米線的制備和光致發(fā)光性能方面開展了很多研究工作，在生長機(jī)理和發(fā)光機(jī)理方面也有不同的認(rèn)識，仍存在一些分歧。ZnO納米線紫外受激發(fā)射是人們希望達(dá)到的目標(biāo)，但以

2、往的激發(fā)過程一般是采用深紫外光泵浦，這對應(yīng)用本身就是一條不利的限制。針對以上存在的問題，本文主要在以下三個(gè)方面進(jìn)行了初步的探索： 1.采用基于氣—液—固(VLS)生長機(jī)理的化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備ZnO納米線，結(jié)合VLS機(jī)理對生長過程的控制作用以及CVD方法的優(yōu)點(diǎn)，通過對催化劑、源溫度、生長溫度和反應(yīng)氣氛等工藝條件的控制，得到納米線的陣列化生長。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示分別采用金和銀為催化劑在硅襯底和藍(lán)寶石襯底上制備出結(jié)晶質(zhì)量較好的納米

3、線，其中在銀催化的硅基片和藍(lán)寶石基片上制備出排列整齊的納米線陣列。 2.所制備的ZnO納米線樣品采用熒光分光光度計(jì)進(jìn)行變波長激發(fā)，對測得的光致發(fā)光譜及其發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在340nm至360nm激發(fā)時(shí)出現(xiàn)了自由激子發(fā)射峰以及激子—激子碰撞峰，這在以前氙燈激發(fā)的PL譜測試結(jié)果中很少有報(bào)道。對激子—激子碰撞峰來說，有效的激發(fā)波長在350-355nm處，同時(shí)在472nm左右存在有一個(gè)由鋅空位造成的深能級的藍(lán)光發(fā)射峰

4、。 3.對ZnO納米線陣列樣品采用波長為806nm的飛秒激光器基于非線性光學(xué)過程泵浦進(jìn)行PL譜測試。實(shí)驗(yàn)中除388nm處的激子—激子碰撞峰之外，還觀測到了二次諧波產(chǎn)生(SHG)現(xiàn)象，另外在515nm附近觀測到了由氧空位造成的綠光發(fā)射峰。實(shí)驗(yàn)測得了受激發(fā)射的閾值能量密度為52mJ/cm2，并且在激發(fā)能量密度為700mJ/cm2的時(shí)候觀測到激射(laser)峰，達(dá)到了我們最初實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，我們認(rèn)為此激發(fā)過程是