摻鎂氧化鋅納米晶的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì).pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種Ⅱ～Ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，在室溫下其帶隙寬度為3.37 eV，具有較高的激子束縛能(60 meV)，有很好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電及良好的紫外吸收性能，所以在光電子和微電子等應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的發(fā)展前景。通過Mg摻雜可以起到連續(xù)調(diào)制ZnO帶隙的作用，從而獲得更加廣泛的應(yīng)用。本文以摻鎂氧化鋅MgxZn1-xO納米晶為研究對(duì)象，采用X-射線衍射(XRD)、紫外-可見吸收光譜(Uv-vis)、拉曼光譜(Raman)、光致發(fā)光

2、光譜(PL)、等技術(shù)，研究了它們的制備生長、晶體結(jié)構(gòu)以及光譜學(xué)特性等問題。主要成果如下:
　　1.采用溶膠凝膠法成功制備了摻Mg的MgxZn1-xO(MZO，x=0.00，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10)納米晶。X衍射分析表明隨摻Mg量的逐漸增大，MgxZn1-xO的晶格常數(shù)a逐漸增大而c逐漸減小。當(dāng)Mg含量x達(dá)到0.10時(shí)，出現(xiàn)了與MgO立方相有關(guān)的衍射峰，表明Zn2+被Mg2+取代的最大摻雜量為0.08。

3、r>　　2.分別用325、488、514.5、532、632.8和785 nm的激光激發(fā)了ZnO納米晶拉曼光譜。發(fā)現(xiàn)用632.8 nm激發(fā)時(shí)，204和332 cm-1峰呈現(xiàn)較強(qiáng)，而用514.5 nm激光激發(fā)時(shí)，536 cm-1峰呈現(xiàn)較強(qiáng)。這可能是由于632.8 nm和514.5 nm的激光與帶間缺陷能級(jí)發(fā)生共振效應(yīng)。
　　3.隨著摻Mg量的逐漸增大，原子振動(dòng)力常數(shù)增大，使得99.5，204，379，410，529和579 cm-1

4、處振動(dòng)模發(fā)生藍(lán)移。當(dāng)Mg含量x增至0.10時(shí)，在277 cm-1處出現(xiàn)了與MgO有關(guān)的附加模。
　　4.在325 nm波長激發(fā)的共振拉曼光譜中，在所有MgxZn1-xO樣品中都觀察到E1LO及其5級(jí)高階模。隨著摻Mg量的逐漸增大，這5階高階模發(fā)生藍(lán)移，歸因于摻Mg導(dǎo)致了電子-聲子相互作用中的短程相互作用增強(qiáng)。同時(shí)，二級(jí)拉曼散射強(qiáng)度與一級(jí)拉曼散射強(qiáng)度之比逐漸減小，歸因于摻Mg導(dǎo)致了電子-聲子相互作用中的長程相互作用減弱。
　　

5、5.紫外吸收光譜表明，隨摻Mg量的逐漸增大，MgxZn1-xO的帶隙逐漸增大。
　　6.室溫下的光致發(fā)光譜(PL)表明，MgxZn1-xO樣品的發(fā)光峰由兩部分構(gòu)成:一個(gè)位于紫外區(qū)的紫外發(fā)光峰;兩個(gè)位于可見光區(qū)的綠色峰和橙色峰。這兩個(gè)位于可見光區(qū)的發(fā)射峰為深能級(jí)發(fā)射(DLE)，與氧缺陷和氧填隙有關(guān)。位于紫外區(qū)的紫外發(fā)光峰為近帶邊發(fā)射(NBE)，隨著摻Mg量達(dá)到x=0.10，紫外發(fā)光峰藍(lán)移到3.40 eV。
　　7.低溫16K時(shí)

6、的光致發(fā)光譜(PL)表明，隨著摻Mg量增加到x=0.08時(shí)，自由激子發(fā)射藍(lán)移到353 nm(3.52 eV)，強(qiáng)度達(dá)到最大，同時(shí)線寬明顯減小，說明摻Mg量為0.08時(shí)，紫外發(fā)光有最大的發(fā)光增益。
　　8.在Mg0.02Zn1-0.02樣品中，位于363 nm(3.43 eV)和367 nm(3.38 eV)的發(fā)光峰分別對(duì)應(yīng)于含Mg區(qū)域和不含Mg區(qū)域的自由激子復(fù)合峰。在140K以上溫度時(shí)，含Mg區(qū)域中的激子遷移到不含Mg區(qū)域，使36