ZnO量子點(diǎn)中激子的基態(tài)特性及表面修飾對光學(xué)性質(zhì)的影響.pdf

1、本論文研究了ZnO量子點(diǎn)中激子的基態(tài)特性，非晶ZnO向納米晶ZnO轉(zhuǎn)化過程，對Mn摻雜、修飾的納米晶ZnO的光學(xué)及磁學(xué)特性及C摻雜的納米晶ZnO的光學(xué)特性進(jìn)行了研究。取得了如下結(jié)果： 1、提出了新的試探波函數(shù)，并用變分法研究了ZnO量子點(diǎn)中激子的基態(tài)特性。計(jì)算結(jié)果表明，激子的基態(tài)能隨著粒徑的減小而迅速增大，當(dāng)粒徑減小至ZnO的激子玻爾半徑時(shí)，其基態(tài)能高出體相ZnO禁帶寬度488meV，約為ZnO自由激子結(jié)合能的8倍，而當(dāng)粒徑較大

2、時(shí)，其基態(tài)能比ZnO導(dǎo)帶底低65meV，與ZnO自由激子的結(jié)合能基本一致。將計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和Y.Kayanuma的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)無論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是與Y.Kayanuma的計(jì)算結(jié)果都吻合得很好，說明選取的試探波函數(shù)簡單有效，可以應(yīng)用于其它半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料中。同時(shí)，ZnO量子點(diǎn)中激子的波函數(shù)，隨量子點(diǎn)半徑的減小變化越來越劇烈，說明量子點(diǎn)所處的環(huán)境、量子點(diǎn)表面及摻雜會對ZnO量子點(diǎn)中的激子產(chǎn)生很大的影響，因此對量子點(diǎn)表面進(jìn)行

3、修飾及有效的摻雜是必要的。 2、對非晶ZnO向納米晶ZnO的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明非晶ZnO對納米晶ZnO的表面進(jìn)行了有效的修飾，并形成三維受限量子結(jié)構(gòu)，提高了納米晶ZnO的發(fā)光效率，同時(shí)觀測到新的可見發(fā)光譜帶，并歸結(jié)為納米晶ZnO的界面發(fā)光，其發(fā)光強(qiáng)度與非晶ZnO對納米晶ZnO表面的作用相關(guān)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，當(dāng)粒徑較大時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好，當(dāng)粒徑較小時(shí)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的偏差，

4、并對其原因進(jìn)行了分析。用電泳法制備了高質(zhì)量的非晶ZnO、納米晶ZnO薄膜，室溫下觀測到了較強(qiáng)的紫外發(fā)射，該方法在材料研究方面將有廣闊的應(yīng)用前景。 3、制備了Mn摻雜、修飾的納米晶ZnO，并研究了其光學(xué)、磁學(xué)特性。結(jié)果表明Mn摻雜的納米晶ZnO具有較好的發(fā)光特性，只有紫外發(fā)射，沒有可見發(fā)射，研究表明，制備樣品具有ZnMn低O/ZnMn高O核殼結(jié)構(gòu)，由于ZnMn高O殼層鈍化了ZnMn高O核表面，具有較好的修飾作用，提高了載流子的注入

5、水平，并表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng)。由于Mn摻雜的ZnO在稀磁半導(dǎo)體中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，我們測量了Mn摻雜的納米晶ZnO的磁性，測量結(jié)果表明，觀測到了Mn摻雜納米晶ZnO室溫下具有較弱的鐵磁性，說明Mn元素進(jìn)入ZnO晶格，取代了Zn離子，并產(chǎn)生了自發(fā)的磁性。 4、首次制備了C摻雜的納米晶ZnO，并且只觀測到了弱的紫外發(fā)光，說明C在ZnO表面作為無輻射復(fù)合中心，使ZnO表面的載流子無輻射復(fù)合掉。間接證明了ZnO中位于530nm左右的可見