表面等離子體對(duì)納米結(jié)構(gòu)ZnO膜光致發(fā)光性能的調(diào)制.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是直接帶隙寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為3.37 eV,在室溫下?lián)碛?0 meV的激子束縛能，具有高的熱穩(wěn)定性和卓越的光學(xué)性質(zhì)，因此，ZnO成為繼GaN之后研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。盡管ZnO薄膜的研究在實(shí)驗(yàn)和理論方面都取得了可喜的進(jìn)展，但是表面等離子體對(duì)ZnO薄膜發(fā)光的調(diào)制機(jī)制有待于進(jìn)一步的研究。
　　 在本論文中，用化學(xué)氣相沉積法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)ZnO薄膜，在納米結(jié)構(gòu)ZnO薄膜表面上利用真空直流濺射儀

2、蒸鍍Au納米顆粒。ZnO薄膜晶體結(jié)構(gòu)用X-射線衍射儀(XRD)表征，結(jié)果表明制備的ZnO為纖鋅礦六角形結(jié)構(gòu)，和沿c軸擇向生長(zhǎng)特性。
　　 樣品的表面形貌和表面粗糙度分別用掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)測(cè)定，SEM測(cè)定樣品的表面形貌，AFM測(cè)試確定樣品的表面粗糙度。
　　 通過(guò)對(duì)ZnO薄膜的光致發(fā)光(PL)譜的熒光光譜儀測(cè)試，發(fā)現(xiàn)多數(shù)未蒸鍍Au的ZnO薄膜PL譜由兩個(gè)發(fā)射峰組成，一個(gè)是波長(zhǎng)約380 nm的

3、近帶邊發(fā)射，另一個(gè)是約500 nm深能級(jí)發(fā)射。通常，與可見(jiàn)光發(fā)射強(qiáng)度相比，紫外發(fā)射的強(qiáng)度相對(duì)較弱。而蒸鍍Au后的ZnO薄膜PL譜也由紫外發(fā)射帶和可見(jiàn)光發(fā)射帶組成，但是，它們的發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生了很大變化。在不同溫度下制備的ZnO樣品蒸鍍Au以后的紫外發(fā)射強(qiáng)度和未蒸鍍Au的相比，紫外發(fā)射強(qiáng)度的增強(qiáng)倍數(shù)不同。同時(shí)，蒸鍍Au前后ZnO薄膜的PL譜中的可見(jiàn)光發(fā)射得到不同程度的抑制。關(guān)于ZnO薄膜的光致發(fā)光的顯著的改變，物理機(jī)制是入射光的電場(chǎng)和Au納米

4、顆粒表面的電子耦合，在Au和ZnO的界面處產(chǎn)生了表面等離子體，Au納米顆粒附近的電場(chǎng)可強(qiáng)烈增強(qiáng)，所以，激發(fā)源強(qiáng)度的劇增造成激發(fā)過(guò)程中激發(fā)速率的提高。對(duì)于缺陷發(fā)光的抑制，可以認(rèn)為借助金納米顆粒，缺陷態(tài)上的電子被轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶上，電荷的轉(zhuǎn)移引起導(dǎo)帶電子密度的增加，最終造成紫外發(fā)射的增強(qiáng)，使缺陷態(tài)電子密度的下降導(dǎo)致可見(jiàn)光發(fā)射的抑制。
　　 表面蒸鍍Au納米顆粒的ZnO膜的吸收譜用紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)(UV-VIS-NIR spec