熱蒸發(fā)輔助電子束法制備SiO-,2-包埋ZnO納米粒子復(fù)合薄膜及其光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO作為一種Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙半導(dǎo)體材料(Eg=3.3 eV)，具有很高的激子束縛能(60meV)，以及很高的化學(xué)穩(wěn)定性，使得ZnO成為十分重要的紫外光發(fā)射材料。在ZnO的研究過(guò)程中，很大一部分研究都集中于ZnO薄膜器件的研究，近幾年來(lái)，ZnO一維納米異質(zhì)結(jié)器件的電注入發(fā)光性質(zhì)的研究也取得了一定的進(jìn)展。但是對(duì)ZnO的納米粒子復(fù)合膜的電注入發(fā)光研究得相對(duì)較少。而一般認(rèn)為納米粒子復(fù)合膜的光學(xué)增益要比普通薄膜和一維納米材料高得多。2006年，E

2、unice S．p.L,eong和Siu Fung Yu在《Advanced Materials》雜志上報(bào)道了在SiO2與ZnO納米粒子復(fù)合膜上獲得電注入紫外隨機(jī)激光發(fā)射的結(jié)果，其復(fù)合膜采用旋涂的方法獲得。 本文通過(guò)簡(jiǎn)單的熱蒸發(fā)輔助電子束方法結(jié)合后退火來(lái)得到高質(zhì)量的SiO2包埋ZnO納米粒子復(fù)合薄膜。與旋涂方法相比，本方法的可控性更好。通過(guò)不同溫度及時(shí)間的處理，研究了熱氧化過(guò)程對(duì)．ZnO納米粒子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。 研

3、究表明，當(dāng)氧化溫度小于等于500℃進(jìn)行氧化過(guò)程時(shí)，由于SiO2基質(zhì)的保護(hù)，氧化過(guò)程進(jìn)行的很慢。當(dāng)氧化溫度達(dá)到600℃時(shí)，氧化速率提高，Zn迅速氧化為ZnO，推測(cè)氧化速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)在500℃-600℃之間。700℃溫度退火的ZnO納米粒子粒徑分布和結(jié)晶質(zhì)量較好。溫度達(dá)到800℃時(shí)有大量ZnzSiO4生成，ZnO納米粒子平均粒徑減小，ZnO納米粒子在總量上減少很多，因此，Zn2SiO4的生成溫度應(yīng)該在700℃-800℃。通過(guò)計(jì)算I2LO/I1L

4、O，并與文獻(xiàn)比較，得出ZnO粒子的直徑應(yīng)小于15 nm。發(fā)光光譜的研究表明，隨著退火溫度的增加，紫外發(fā)光強(qiáng)度經(jīng)歷一個(gè)先增加后減小的過(guò)程，對(duì)應(yīng)ZnO納米粒子的長(zhǎng)大和減小的過(guò)程。低溫光譜研究表明，經(jīng)500℃1小時(shí)氧化的SiO2-ZnO復(fù)合膜紫外區(qū)發(fā)光可能主要來(lái)自束縛激子。通過(guò)對(duì)發(fā)光峰位隨溫度的關(guān)系的擬和，得到的E(O)大約是3.329 eV。對(duì)半高寬隨溫度的變化進(jìn)行擬和，得到的聲子與激子相互作用的耦合系數(shù)遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)報(bào)道的30-40 nm納米