ZnO納米結構材料的制備及其缺陷相關的發(fā)光性質研究.pdf

1、ZnO納米結構作為一種重要的寬禁帶半導體材料，具有優(yōu)異的光電性質，在光電子器件等領域有廣闊的應用前景。ZnO納米結構比表面積大，缺陷密度高。缺陷會影響光電子的壽命以及電子和光的傳輸?shù)?，從而對器件的工作產(chǎn)生不利影響。解決這一問題的關鍵在于弄清ZnO納米結構中缺陷對光電轉換過程影響的機理。本文采用化學溶液方法合成一維ZnO納米棒和基于缺陷腐蝕機制合成ZnO納米管，研究了與缺陷相關的發(fā)光機理；采用液相法合成ZnO量子點與有機物的復合材料，討論

2、了兩種材料之間的電子傳遞過程。具體研究結果如下：
　　 ⑴采用低溫水溶液方法合成ZnO納米棒，研究了制備態(tài)和在氧氣氛圍不同溫度熱處理樣品的發(fā)光性質。在相同能量激發(fā)下，光致發(fā)光光譜(PL)測試結果發(fā)現(xiàn)，所有樣品均呈現(xiàn)兩個發(fā)射峰：紫外帶邊發(fā)射峰和強的不對稱可見區(qū)發(fā)射峰。退火溫度從200℃升高到600℃，樣品的可見發(fā)射峰出現(xiàn)紅移現(xiàn)象，通過高斯擬合其分解為535nm的綠光和611nm的橙紅光。對ZnO納米結構的可見區(qū)發(fā)光，采用激發(fā)光譜(

3、PLE)和不同能量激發(fā)的PL光譜研究了激發(fā)態(tài)電子的能級結構，結果表明綠光和橙紅光發(fā)射具有相同的激發(fā)態(tài)能級，分別歸因于鋅填隙(Zni)施主態(tài)到氧空位(Vo)和氧填隙(Oi)受主態(tài)之間的電子躍遷過程。將ZnO納米棒在真空氛圍熱處理，PL測試結果進一步驗證了可見區(qū)發(fā)光峰的來源。
　　 ⑵分別采用水熱法和低溫水溶液化學法合成ZnO納米管，掃描電子顯微鏡(SEM)結果表明水熱法合成的ZnO納米管形貌不完整。而采用低溫水溶液法合成了大量的Z

4、nO納米管，并且通過改變KOH堿溶液的濃度能夠對ZnO納米管的長徑比加以控制。
　　 ⑶采用液相法合成ZnO量子點。PL測試結果發(fā)現(xiàn)，隨著NaOH堿溶液濃度的增大，量子點可見光區(qū)發(fā)射從綠光藍移到藍光。將綠光區(qū)發(fā)射和藍光區(qū)發(fā)射的ZnO量子點分別用PEG進行修飾，PL測試結果發(fā)現(xiàn)ZnO量子點的綠光發(fā)射不受PEG濃度的影響，說明綠光發(fā)射與ZnO量子點的表面缺陷態(tài)無關。而ZnO量子點的藍光發(fā)射隨著PEG濃度的增大顯著衰減，說明藍光發(fā)射是

5、由于量子點的表面缺陷態(tài)導致。將綠光發(fā)射的ZnO量子點與導電聚合物PVK進行復合，PL測試結果發(fā)現(xiàn)，隨著PVK濃度的增大，量子點的紫外和綠光發(fā)射強度增強而PVK的本征發(fā)射強度降低。這是由于PVK的LUMO能級位置(2.3eV)高于ZnO量子點的導帶(4.2eV)，從而在ZnO量子點與PVK分子的界面處發(fā)生電荷轉移。PVK分子中被激發(fā)到LUMO能級上的電子選擇性的轉移到ZnO的導帶，使ZnO量子點的紫外和綠光發(fā)射增強，而PVK的本征發(fā)光強度