论文摘要
氧化锌（ZnO）材料由于其具有独特的光电性质,在半导体光电子器件方面具有广阔的应用前景,是重要的第三代半导体材料。在室温环境下,其禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能为60 meV,远远大于其他半导体材料,有望实现室温下的受激发射,可以得到在室温下工作的半导体激光器。氧化锌纳米结构在具备ZnO材料自身光电性质的同时还具备纳米材料的特性,在激光器、探测器和传感器等方面均取得了重要的研究进展。纳米材料与体材料相比,具有极大的比表面积,可以使纳米器件的性能大幅度提升,同时在材料表面也会引入高的表面态密度,降低载流子的复合效率,从而降低其发光性能。因此本研究工作将利用Ar+等离子体对ZnO纳米结构进行表面处理,调节其表面态密度,改善其发光特性,并深入研究Ar+等离子体的处理时间及处理能量变化对ZnO纳米结构发光性能的影响。（1）采用化学气相沉积法生长ZnO纳米结构,研究ZnO纳米结构不同生长条件对其表面形貌和光学特性的影响,从中获得最优的生长条件:生长温度为950℃、生长时间为30 min、Ar气体流量为99 sccm。在此条件下生长的ZnO纳米线具有垂直度好,密度高和表面光滑的特点,并且具有较好的发光性能。（2）采用Ar+等离子体对ZnO纳米线进行表面处理,深入研究了等离子体处理时间与纳米线发光强度之间的联系,获得了提高ZnO纳米线发光强度的最优处理时间。实验结果表明,随着处理时间的增加,其室温带边发光强度先增加后减小,在处理90s时比原生样品提高了2.45倍;同时位于可见光区域的缺陷发光得到了抑制。通过对比10 K下发光谱分析等离子体作用的机理:当处理时间较短时,Ar+可以有效除去ZnO纳米线表面的杂质和缺陷,提高其紫外发光强度;而处理时间较长时,将破坏其表面的晶体结构,从而降低其发光性能。该研究为ZnO基发光器件性能的改善提供了新思路。（3）采用不同能量的Ar+等离子体处理ZnO纳米线,研究不同能量等离子体处理对ZnO纳米线发光特性的影响。实验结果表明,Ar+等离子体可以有效改善纳米线的发光特性,通过200 W的Ar+等离子体处理90 s后,ZnO纳米线的发光强度与未经过Ar+等离子体处理的发光强度相比提高了60倍,并且同时证明200 W Ar+等离子体处理ZnO纳米线后再经过10天测量,发现发光稳定性较好。本部分研究工作表明,简单而有效的等离子体处理可以极大地改善ZnO纳米线的发光性能。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 胡颖
导师: 王晓华,魏志鹏
关键词: 纳米结构,等离子体,表面改性,发光特性
来源: 长春理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 物理学,材料科学,材料科学
单位: 长春理工大学
分类号: TB383.1;O53;TB306
总页数: 60
文件大小: 3685K
下载量: 144
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