掺镁氧化锌纳米晶的结构与光学性质

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：毒未箱签字日期：'l千年f月‘日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人

2、授权安徽大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：痞，童谕签字日期：2口l￥年f月∥日翩鲐榭签字日期：79／乎年乡月多日摘要Jllllllllllllllllll／llllllllllllJlllIJIl／lUl---——---——Y2578787氧化锌(ZnO)是一种II～Ⅳ族直接带隙宽禁带半导体材料，在室温下其带隙宽度为3．37eV，具有较高的激子束缚能(60meV)，有很好的导热、导电及良好的紫

3、外吸收性能，所以在光电子和微电子等应用领域内具有广阔的发展前景。通过Mg掺杂可以起到连续调带fjZnO带隙的作用，从而获得更加广泛的应用。本文以掺镁氧化锌Mg。Znl吖O纳米晶为研究对象，采用x．射线衍射(XRD)、紫外．可见吸收光谱(Uv—vis)、拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)、等技术，研究了它们的制备生长、晶体结构以及光谱学特性等问题。主要成果如下：1．采用溶胶凝胶法成功制备了掺Mg的MgxZnl哨O(MZO，x=0．00，0．02，0．04，O．06，0．08，O．10)纳米晶。X衍射分析表明随掺Mg量

4、的逐渐增大，Mg。Znl呵O的晶格常数a逐渐增大而c逐渐减小。当Mg含量x达到O．10时，出现了与MgO立方相有关的衍射峰，表明Zn2+被M92+取代的最大掺杂量为0．08。2．分别用325、488、514．5、532、632．8和785am的激光激发了ZnO纳米晶拉曼光谱。发现用632．8am激发时，204和332cm。峰呈现较强，而用514．5am激光激发时，536cm‘1峰呈现较强。这可能是由于632．8am和514．5nm的激光与带间缺陷能级发生共振效应。3．随着掺Mg量的逐渐增大，原子振动力常数增大，使得99．5，

5、204，379，410，529和579cmJ处振动模发生蓝移。当Mg含量x增至0．10时，在277cm‘1处出现了与MgO有关的附加模。4．在325nm波长激发的共振拉曼光谱中，在所有Mg。Znl。O样品中都观察到ElLO及其5级高阶模。随着掺Mg量的逐渐增大，这5阶高阶模发生蓝移，归因于掺Mg导致了电子．声子相互作用中的短程相互作用增强。同时，二级拉曼散射强度与一级拉曼散射强度之比逐渐减小，归因于掺Mg导致了电子．声子相互作用中的长程相互作用减弱。5．紫外吸收光谱表明，随掺Mg量的逐渐增大，Mg。Znl．。O的带隙逐渐增大

6、。6．室温下的光致发光谱(PL)表明，Mg。Znl哇O样品的发光峰由两部分构成：一个位于紫外区的紫外发光峰；两个位于可见光区的绿色峰和橙色峰。这两个位于可见光区的发射峰为深能级发射(DLE)，与氧缺陷和氧微加工技术在高精度位移传感器中的应用填隙有关。位于紫外区的紫外发光峰为近带边发射(NBE)，随着掺Mg量达到X=0．10，紫外发光峰蓝移到3．40eV。7．低温16K时的光致发光谱(PL)表明，随着掺Mg量增加到X=0．08时，自由激子发射蓝移到353nil](3．52eV)，强度达到最大，同时线宽明显减小，说明掺Mg量为O

7、．08时，紫外发光有最大的发光增益。8．在Mgo．02Znl．0．02样品中，位于363nrn(3．43eV)和367iln'l(3．38eV)的发光峰分别对应于含Mg区域和不含Mg区域的自由激子复合峰。在140K以上温度时，含Mg区域中的激子迁移到不含Mg区域，使363nm处的发光峰淬灭，只存在367nnl(3．38eV)处的峰。关键词：氧化锌；掺镁；结构；拉曼；光致发光II摘要AbstractZnOisann-typeII—VIsemiconductingcompoundwithawidebandgap(3．37eV)a

8、ndalargeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperature．Ithasextensiveapplicationsinoptoelectronicsandmicroelectronicsfieldowningtotheirsuperiorther