微納米氧化鎂晶體的發(fā)光特性及應(yīng)用.pdf

1、氧化鎂(MgO)是一種Ⅱ-V族化合物，其室溫下禁帶寬度約為7.6 eV，在地殼分布廣泛，具有激子束縛能高(80 meV)、無(wú)毒、成本低、耐高低溫、抗腐蝕性、良好的導(dǎo)熱性和光學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，微納米MgO晶體在光學(xué)、催化、磁性、力學(xué)、化工等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。如近幾年研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)亞微米MgO晶體對(duì)等離子體顯示器(PDP)的性能有顯著改善作用，并已迅速?gòu)V泛使用在PDP生產(chǎn)中，但是對(duì)亞微米MgO晶體對(duì)PDP性能提高的物理機(jī)制

2、仍然沒(méi)有得到完善解釋。微納米MgO晶體相比于傳統(tǒng)的體MgO晶體，表面存在更多的頂點(diǎn)、邊角、彎折、臺(tái)階，以及交界面，使其具有一些特殊的性質(zhì)。因此，對(duì)于微納米MgO晶體的紫外和可見(jiàn)發(fā)光特性、以及其中激子的作用和原理問(wèn)題的研究，在納米科學(xué)和光電子器件急速發(fā)展的時(shí)期顯得尤為重要。
　　本論文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，研究微納米尺度的MgO晶體在5.3 eV附近的紫外發(fā)光特性與外逸電子發(fā)射特性的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)配合陰極發(fā)

3、光(CL)光譜和陰極發(fā)光圖像手段，從CL特性上對(duì)微納米MgO晶體進(jìn)行表征。并通過(guò)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室和北京同步輻射裝置，從低溫16-20 K到室溫的變溫測(cè)試，利用真空紫外光研究對(duì)微納米MgO晶體以及MgO薄膜的光致發(fā)光(PL)特性。通過(guò)微納米未摻雜MgO、MgO∶F、MgO∶Si、MgO∶Sc和MgCaO晶體的紫外發(fā)光特性研究，對(duì)其中自由激子的產(chǎn)生、傳輸，以及表面自陷激子復(fù)合發(fā)光的機(jī)理進(jìn)行了深入研究和解釋。
　　通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

4、得出，微納米MgO晶體在室溫下5.3 eV附近的紫外發(fā)光，主要源自于V中心鎂空位缺陷發(fā)光;而低溫下表現(xiàn)出的5.7 eV附近的紫外發(fā)光源于表面自陷激子發(fā)光，同時(shí)兩者都跟三重態(tài)激子的能量轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。微納米MgO晶體中6C體激子，并沒(méi)有對(duì)F中心寬波段發(fā)光起到作用。闡述了激子傳輸有兩條不同路徑，分別為6C體激子在7.7 eV被激發(fā)，然后V中心或者傳輸?shù)奖砻?，發(fā)出5.3 eV以及5.76-5.85 eV的紫外光;室溫和低溫下，表面激子都可以被5

5、.7 eV直接激發(fā)，然后可能沿著邊傳輸?shù)浇?，發(fā)出400-500 nm的寬波段可見(jiàn)光。
　　在發(fā)光機(jī)理研究基礎(chǔ)上，本論文對(duì)亞微米尺度的MgO晶體對(duì)提高PDP性能的物理機(jī)制問(wèn)題，進(jìn)行了理論解釋和應(yīng)用研究。亞微米MgO晶體中，由于表面自陷激子源于三重激發(fā)態(tài)，相對(duì)壽命較長(zhǎng)，通過(guò)無(wú)輻射躍遷的俄歇過(guò)程發(fā)射電子的可能性較大。因此認(rèn)為產(chǎn)生表面自陷激子的三重態(tài)激子對(duì)MgO晶體外逸電子發(fā)射有重要作用。微納米MgO發(fā)射的外逸電子因?yàn)橛休^長(zhǎng)的衰減時(shí)間，在

6、PDP中作為引發(fā)電子，使統(tǒng)計(jì)響應(yīng)時(shí)間縮短，對(duì)提高PDP性能具有重要意義。在通過(guò)在SMPDP的MgO薄膜表面上制備亞微米MgO晶體，實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了亞微米MgO晶體對(duì)PDP性能的改善作用。
　　本論文進(jìn)而對(duì)納米MgO晶體作為殼層應(yīng)用于ZnO-MgO核殼量子點(diǎn)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究，包括ZnO-MgO核殼量子點(diǎn)薄膜及其發(fā)光器件的應(yīng)用。包覆的納米MgO殼層形成了ZnO和MgO能級(jí)間的量子阱結(jié)構(gòu)，提高電子和空穴在ZnO核復(fù)合發(fā)光幾率。通過(guò)控制

7、原材料濃度、溶液溫度、時(shí)間等條件，優(yōu)化生長(zhǎng)ZnO-MgO核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)材料。借助采用UV-VIS分光光度計(jì)、熒光光譜儀、TEM透射電鏡、AFM原子力顯微鏡、以及X射線衍射(XRD)特性等表征手段，分析其納米顆粒尺寸、核和殼的厚度、由量子效應(yīng)引起的禁帶寬度變化、晶體缺陷能級(jí)和表面能級(jí)。溶液法ZnO-MgO核殼量子點(diǎn)發(fā)光器件的應(yīng)用研究表明，基于MgO和ZnO氧化物寬禁帶半導(dǎo)體量子點(diǎn)在固體紫外發(fā)光器件應(yīng)用方面有重要前景。
　　終上所述