ZnO量子點中激子的基態(tài)特性及表面修飾對光學性質的影響.pdf

1、本論文研究了ZnO量子點中激子的基態(tài)特性，非晶ZnO向納米晶ZnO轉化過程，對Mn摻雜、修飾的納米晶ZnO的光學及磁學特性及C摻雜的納米晶ZnO的光學特性進行了研究。取得了如下結果： 1、提出了新的試探波函數，并用變分法研究了ZnO量子點中激子的基態(tài)特性。計算結果表明，激子的基態(tài)能隨著粒徑的減小而迅速增大，當粒徑減小至ZnO的激子玻爾半徑時，其基態(tài)能高出體相ZnO禁帶寬度488meV，約為ZnO自由激子結合能的8倍，而當粒徑較大

2、時，其基態(tài)能比ZnO導帶底低65meV，與ZnO自由激子的結合能基本一致。將計算結果與相關實驗結果和Y.Kayanuma的計算結果進行了比較，發(fā)現無論與實驗結果還是與Y.Kayanuma的計算結果都吻合得很好，說明選取的試探波函數簡單有效，可以應用于其它半導體量子點材料中。同時，ZnO量子點中激子的波函數，隨量子點半徑的減小變化越來越劇烈，說明量子點所處的環(huán)境、量子點表面及摻雜會對ZnO量子點中的激子產生很大的影響，因此對量子點表面進行

3、修飾及有效的摻雜是必要的。 2、對非晶ZnO向納米晶ZnO的轉化過程進行了詳細的研究。結果表明非晶ZnO對納米晶ZnO的表面進行了有效的修飾，并形成三維受限量子結構，提高了納米晶ZnO的發(fā)光效率，同時觀測到新的可見發(fā)光譜帶，并歸結為納米晶ZnO的界面發(fā)光，其發(fā)光強度與非晶ZnO對納米晶ZnO表面的作用相關。將實驗結果與理論計算進行了比較，結果表明，當粒徑較大時，計算結果與實驗結果吻合得較好，當粒徑較小時，與實驗結果有一定的偏差，

4、并對其原因進行了分析。用電泳法制備了高質量的非晶ZnO、納米晶ZnO薄膜，室溫下觀測到了較強的紫外發(fā)射，該方法在材料研究方面將有廣闊的應用前景。 3、制備了Mn摻雜、修飾的納米晶ZnO，并研究了其光學、磁學特性。結果表明Mn摻雜的納米晶ZnO具有較好的發(fā)光特性，只有紫外發(fā)射，沒有可見發(fā)射，研究表明，制備樣品具有ZnMn低O/ZnMn高O核殼結構，由于ZnMn高O殼層鈍化了ZnMn高O核表面，具有較好的修飾作用，提高了載流子的注入

5、水平，并表現出量子尺寸效應。由于Mn摻雜的ZnO在稀磁半導體中具有潛在的應用價值，我們測量了Mn摻雜的納米晶ZnO的磁性，測量結果表明，觀測到了Mn摻雜納米晶ZnO室溫下具有較弱的鐵磁性，說明Mn元素進入ZnO晶格，取代了Zn離子，并產生了自發(fā)的磁性。 4、首次制備了C摻雜的納米晶ZnO，并且只觀測到了弱的紫外發(fā)光，說明C在ZnO表面作為無輻射復合中心，使ZnO表面的載流子無輻射復合掉。間接證明了ZnO中位于530nm左右的可見