Al納米粒子對ZnO薄膜光致發(fā)光特性影響的研究.pdf

1、作為第三代半導(dǎo)體材料之一，ZnO由于其很高的寬禁寬度和激子束縛能，在高性能半導(dǎo)體器件上具有很高的應(yīng)用價(jià)值，受到廣泛關(guān)注。ZnO寬禁帶的特點(diǎn)使其近帶邊發(fā)射在紫外波段，因此成為紫外激光器、LED的理想候選材料。但是由于ZnO在制備過程中不可避免的會(huì)引入各種雜質(zhì)以及形成各種晶格缺陷，使ZnO材料除了紫外波段的近帶邊發(fā)光，還有位于可見光波段的光致發(fā)光。如何提高紫外發(fā)光效率，減小缺陷雜質(zhì)發(fā)光的干擾，成為ZnO材料應(yīng)用于紫外激光器、LED等器件制造

2、迫切需要解決的問題。目前已有工作表明，金屬納米粒子可以增強(qiáng)ZnO近帶邊發(fā)光，但是對其機(jī)理的研究還有待完善，本論文工作將通過實(shí)驗(yàn)研究Al納米粒子對ZnO薄膜光致發(fā)光特性的影響，并且結(jié)合時(shí)域有限差分法研究Al納米粒子的局域表面等離激元共振特性，對Al納米粒子影響ZnO光致發(fā)光特性的機(jī)理進(jìn)行深入探討。
　　首先，利用磁控濺射技術(shù)在石英基底上生長ZnO薄膜，通過實(shí)驗(yàn)測量其吸收譜研究ZnO薄膜的能帶結(jié)構(gòu)，確定禁帶寬度，再通過研究ZnO薄膜的

3、光致發(fā)光特性確定其近帶邊發(fā)光的波長。
　　之后，運(yùn)用時(shí)域有限差分法研究Al納米粒子粒徑和局域表面等離激元的關(guān)系，確定出局域表面等離激元共振波長等于ZnO薄膜近帶邊發(fā)射波長的Al納米粒子直徑。利用磁控濺射技術(shù)在ZnO薄膜上生長Al納米粒子，通過測量ZnO薄膜/Al納米粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光譜，研究Al納米粒子對ZnO光致發(fā)光特性的影響，結(jié)果表明當(dāng)Al納米粒子存在時(shí)，ZnO近帶邊發(fā)光得到顯著增強(qiáng)。
　　最后深入討論了Al納米粒子

4、影響ZnO光致發(fā)光特性的機(jī)理。介紹了目前兩種主要的機(jī)理解釋——電子轉(zhuǎn)移理論和激子-局域表面等離激元耦合理論，并且設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對電子轉(zhuǎn)移理論進(jìn)行驗(yàn)證：通過引入Al2O3薄膜阻斷ZnO和Al納米粒子之間的電子轉(zhuǎn)移，研究ZnO薄膜/Al2O3薄膜/Al納米粒子的光致發(fā)光特性。結(jié)果表明在沒有電子轉(zhuǎn)移存在的條件下，ZnO近帶邊發(fā)射-缺陷雜質(zhì)發(fā)射光強(qiáng)比仍然得到增強(qiáng)，這樣一來，可以認(rèn)為電子轉(zhuǎn)移并非Al納米粒子增強(qiáng)ZnO近帶邊發(fā)光的主要原因。通過研究Al納