稀土摻雜發(fā)光材料的制備和光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、半導(dǎo)體納米晶(量子點(diǎn))具有表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等基本物理性質(zhì),使得這些材料在光電信息領(lǐng)域、生命科學(xué)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。而稀土離子是許多激光材料、稀磁半導(dǎo)體材料、非線性光學(xué)材料以及納米發(fā)光材料中的激活離子,它們作為雜質(zhì)摻入晶體后對(duì)晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)、電性質(zhì)、光磁性質(zhì)等有著極其重要的影響,因而近年來稀土離子摻雜半導(dǎo)體納米晶的制備和光物理性質(zhì)的研究受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。直接寬帶隙半導(dǎo)體ZnO是藍(lán)紫光及紫外等未

2、來信息高科技領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料,由于ZnO可產(chǎn)生UV,藍(lán),綠光發(fā)射,而缺乏強(qiáng)烈的紅光發(fā)射,在氧化鋅基質(zhì)中摻雜稀土Eu3+,可得到白光發(fā)射,有助于實(shí)現(xiàn)其在全彩色平板顯示器、場發(fā)射顯示器或照明中的應(yīng)用。另一類半導(dǎo)體鈣鈦礦氧化物也是性能優(yōu)異的基質(zhì)材料,其帶隙和結(jié)構(gòu)可以通過改變樣品的成分比例而調(diào)節(jié),在其中摻入適當(dāng)?shù)南⊥岭x子有望獲得稀土的特征發(fā)射,應(yīng)用于平板顯示和光電集成設(shè)備。本文制備了摻稀土銪離子的氧化鋅和摻稀土銪離子的鈦酸鉛鍶鈉米晶并研究了其

3、結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能,獲得室溫可見區(qū)較強(qiáng)的光致發(fā)光,探討了發(fā)光過程中稀土與基質(zhì)之間的能量傳遞機(jī)制。主要工作如下:
　　 ⑴采用溶膠-凝膠法制備了ZnO納米晶,X射線衍射(XRD)結(jié)果表明樣品具有六角纖鋅礦多晶結(jié)構(gòu)且有很好的結(jié)晶質(zhì)量,掃描電子顯微鏡(SEM)照片可以明顯看到ZnO顆粒為納米六角晶柱狀。詳盡的研究了樣品的紫外發(fā)射穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)光譜隨激發(fā)功率的依賴關(guān)系,觀察到自由激子的發(fā)光,激子-激子碰撞和電子-空穴等離子體引起的受激發(fā)射,首次

4、報(bào)道了自由激子以及激子-激子碰撞隨泵浦功率依賴的動(dòng)力學(xué)過程。這對(duì)理解激子帶邊發(fā)射有一定幫助,對(duì)ZnO材料在短波長半導(dǎo)體光電器件方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 ⑵采用溶膠-凝膠法制備了純的和摻雜稀土銪離子的ZnO納米晶。用320nnl的飛秒脈沖激發(fā)850℃下退火的摻3mol％的氧化鋅樣品,觀察到了很強(qiáng)的紫外激射,比沒摻雜稀土的氧化鋅樣品紫外激射強(qiáng)度高,閾值低。用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)觀察了它們的形貌和結(jié)構(gòu)。認(rèn)

5、為增強(qiáng)的激射是減少的氧空位的結(jié)果。和高溫退火的樣品不同,在650℃下退火的摻3mol％的氧化鋅樣品中觀察到從ZnO基質(zhì)到Eu3+的有效能量傳遞,紫外激發(fā)下樣品發(fā)射白光。研究表明表面缺陷態(tài)有助于從氧化鋅基質(zhì)到Eu3+的能量傳遞。這些結(jié)果表明摻雜銪離子的氧化鋅納米晶是有潛力的激光光源和白光光源。
　　 ⑶采用溶膠一凝膠法制備了具有不同鍶鉛配比的摻雜稀土Eu3+離子的鈦酸鍶鉛納米晶(PbxSr1-xTiO3,x=0.4,0.5,0.6

6、)。樣品在900℃的溫度下進(jìn)行了退火。用X射線衍射(XRD)研究了樣品的晶體結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著鉛摻雜比例的增大,衍射峰逐漸分裂為兩個(gè)峰,且分裂峰之間的間隔越來越大,對(duì)樣品的(001/100)峰進(jìn)行了雙峰擬合,由擬合結(jié)果計(jì)算了樣品的晶格常數(shù),計(jì)算結(jié)果表明樣品中晶格常數(shù)c和a之比隨鉛摻雜比例的增大而增大,晶胞體積變大。表明材料從立方結(jié)構(gòu)逐漸向四方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。室溫下用紫外光激發(fā),樣品有較強(qiáng)的來自稀土銪離子的特征紅光,表明存在從基質(zhì)到稀土離