低维宽带隙Ⅱ-Ⅵ半导体材料的制备与性能的分析

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2、日年月日万方数据江苏大学硕士学位论文摘要II-VI族半导体纳米晶体由于其宽带隙结构和优异的光学性质，在光电器件中展现出广阔的应用前景。对于II-VI族半导体纳米晶体，可以通过不同的制备工艺来获得丰富的形貌结构，并且展现出相应独特的光电性能。合理和精确调控半导体纳米材料光电性能，对其在场发射显示、发光二极管、半导体激光器、太阳能、传感器等领域的应用具有重要的研究意义。本论文利用高温气相传输法制备了ZnS、ZnxCd1-xS、CdS1-xSex纳米晶体并对其发光、紫外光探测和激光等光电性能进行了系统的研究。主要研究工作如下：（1）以ZnS颗粒为原

3、材料，利用气相传输法制备ZnS纳米线。利用场发射扫描电镜（FESEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）等表征手段对纳米线的形貌和结构进行了系统地分析。XRD和高倍透射表征结果表明ZnS纳米线是单晶纤锌矿结构。利用荧光光谱仪测试ZnS纳米线的光致发光特性，仅呈现近带边的紫外发射，其发光中心大约在347nm。为了深入地阐释其发光机理，我们研究了纳米线的变温光致发光性能，并且得到了相关的光学常数，比如其激子活化能、Varshni系数等，并以此详细地解释了ZnS发光的机理。此外基于其带边紫外发射，通过构建了单根ZnS

4、纳米线的紫外探测器并对其紫外光响应特性进行了研究。结果表明，ZnS具有良好的光电开关能力和极快的光响应速度，这进一步说明ZnS纳米线特别适合应用于紫外光探测器件。（2）以ZnS和CdS颗粒为原材料，利用掺杂工艺调节Zn/Cd的摩尔比例制备波长可调的ZnxCd1-xS纳米带。利用SEM、EDS和XRD对纳米带的形貌和结构进行详细地表征分析。结果表明ZnxCd1-xS样品为带状结构并具有三元合金特性，同时XRD分析揭示了晶格常数与合金组分x呈线性关系。荧光测试结果表明，样品的发射带均有一个近带边的发射峰，其发射波长逐渐从紫外区(341nm)向可见

5、区(513nm)发生红移。其中组分x=0.59和x=0.42两个样品在530nm左右出现缺陷峰，这是由晶体结构本身决定的。我们推测，在合成三元合金ZnxCd1-xS时，由于Zn和Cd原子半径大小的不同，当Zn/Cd比例相当时，合金的晶体结构会发生微小的变化，从而引起其缺陷峰的出现。根据能带与组分x的拟合曲线可得，ZnxCd1-xS纳米带的能带可调性对相应组分x具有依赖性。因I万方数据低维宽带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料的制备及其性能的研究此说，调节半导体化合物的组分是一种调节其带隙的重要手段。（3）利用第一性原理计算了样品的能带结构，并阐释了其能带可

6、调谐的机制。利用气相传输法和掺杂工艺制备了形貌均匀的CdS1-xSex纳米带，并对样品的形貌和结构进行了系统表征，CdS1-xSex纳米带是单晶纤锌矿结构。通过调节Zn/Cd不同掺杂比例，制备了发光波长在507nm至710nm之间连续可调的纳米带微结构。通过对变温光致发光光谱的分析，得到了不同样品的激子相关光学特性常数，解释了CdS1-xSex纳米带的发光机理。通过共聚焦显微荧光技术实现了CdS1-xSex纳米结构的F-P模微激光辐射，并且通过时域有限差分方法（FDTD）进一步从理论上证明在纳米带两边形成F-P激光发射。关键词：气相传输法，纳

7、米晶体，紫外光探测，能带可调，激光发射II万方数据江苏大学硕士学位论文AbstractDuetowidebandgapstructureandexcellentopticalproperties,II-VIgroupsemiconductorsdisplaybroadpotentialapplicationinoptoelectronicsdevices.II-VIgroupsemiconductornanocrystalswithrichmorphologiescouldbeobtainedthroughadjustingdifferent

8、synthesizedmethods,whichpresentcorrespondingoptoelectronicproperties.Itisofgreatim