al纳米粒子对zno薄膜光致发光特性影响的研究

《al纳米粒子对zno薄膜光致发光特性影响的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文Al纳米粒子对ZnO薄膜光致发光特性影响的研究THEINFLUENCEOFALUMINIUMNANOPARTICLESONPHOTOLUMINESCENCEPROPERTYOFZINCOXIDEFILM冷宪东哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O438学校代码：10213国际图书分类号：535.5密级：公开理学硕士学位论文Al纳米粒子对ZnO薄膜光致发光特性影响的研究硕士研究生：冷宪东导师：姜永远教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：物理系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:O438U.D.C:535.5DissertationfortheMasterDegreeinScienceTHEINFLUENCEOFALUMINIUMNANOPARTICLESONPHOTOLUMINESCENCEPROPERTYOFZINCOXIDEFILMCandidate：Leng,XiandongSupervisor：Prof.Jiang,YongyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：Optics

3、Affiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要作为第三代半导体材料之一，ZnO由于其很高的宽禁宽度和激子束缚能，在高性能半导体器件上具有很高的应用价值，受到广泛关注。ZnO宽禁带的特点使其近带边发射在紫外波段，因此成为紫外激光器、LED的理想候选材料。但是由于ZnO在制备过程中不可避免的会引入各种杂质以及形

4、成各种晶格缺陷，使ZnO材料除了紫外波段的近带边发光，还有位于可见光波段的光致发光。如何提高紫外发光效率，减小缺陷杂质发光的干扰，成为ZnO材料应用于紫外激光器、LED等器件制造迫切需要解决的问题。目前已有工作表明，金属纳米粒子可以增强ZnO近带边发光，但是对其机理的研究还有待完善，本论文工作将通过实验研究Al纳米粒子对ZnO薄膜光致发光特性的影响，并且结合时域有限差分法研究Al纳米粒子的局域表面等离基元共振特性，对Al纳米粒子影响ZnO光致发光特性的机理进行深入探讨。首先，利用磁控溅射技术在石英基底上生长ZnO

5、薄膜，通过实验测量其吸收谱研究ZnO薄膜的能带结构，确定禁带宽度，再通过研究ZnO薄膜的光致发光特性确定其近带边发光的波长。之后，运用时域有限差分法研究Al纳米粒子粒径和局域表面等离激元的关系，确定出局域表面等离激元共振波长等于ZnO薄膜近带边发射波长的Al纳米粒子直径。利用磁控溅射技术在ZnO薄膜上生长Al纳米粒子，通过测量ZnO薄膜/Al纳米粒子复合结构的光致发光谱，研究Al纳米粒子对ZnO光致发光特性的影响，结果表明当Al纳米粒子存在时，ZnO近带边发光得到显著增强。最后深入讨论了Al纳米粒子影响ZnO光致

6、发光特性的机理。介绍了目前两种主要的机理解释——电子转移理论和激子-局域表面等离激元耦合理论，并且设计实验对电子转移理论进行验证：通过引入Al2O3薄膜阻断ZnO和Al纳米粒子之间的电子转移，研究ZnO薄膜/Al2O3薄膜/Al纳米粒子的光致发光特性。结果表明在没有电子转移存在的条件下，ZnO近带边发射-缺陷杂质发射光强比仍然得到增强，这样一来，可以认为电子转移并非Al纳米粒子增强ZnO近带边发光的主要原因。通过研究Al纳米粒子散射和吸收的关系，结合实验结论，对激子-局域表面等离激元耦合过程进行了深入的探讨，提出

7、了可能的完整的耦合过程，对进一步的理论研究及器件制造有积极的指导作用。关键词：氧化锌；Al纳米粒子；光致发光；局域表面等离激元-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractAsoneofthethirdgenerationsemiconductormaterials,ZnOattractsbroadattentionandhasgreatapplicationvalueonhighperformancesemiconductordevicesbecauseofitsveryhighforbiddenband

8、widthandexcitonbindingenergy.ThenearbandemissionofZnOislocatedinUVzone,soitcanbeusedtofabricateUVlasersandLEDs.DuringthegrowingprocessofZnO,variousimpuritiesandlatticedefectsareintroduced