局域表面等离激元增强ZnO薄膜发光及MSM器件光电性能研究

发布时间：2017-05-12 02:03

  本文关键词：局域表面等离激元增强ZnO薄膜发光及MSM器件光电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属纳米颗粒独特的局域表面等离激元共振特性，在生物医学、材料学、光电器件方面具有良好的应用前景，成为近年来人们研究的热点。虽然局域表面等离激元共振增强作用研究取得了一系列进展，但是在工艺简单、效率高、形貌可控及实际应用方面还存在很大的挑战。本文主要研究了利用磁控溅射法制备Au纳米颗粒，以及热退火对Au纳米颗粒表面形貌、尺寸和局域表面等离激元共振特性的影响，进而将其应用于增强ZnO薄膜光致蓝光发光、改善ZnO基紫外光电探测器的性能。本论文主要内容和研究结果如下： 1.采用磁控溅射法制备Au纳米颗粒，研究了热退火、溅射时间、衬底材料对形成Au纳米颗粒的影响。随着退火温度的增加，Au薄膜由蠕虫状结构变成规则的颗粒，颗粒尺寸分布变均匀，间距变大；退火时间越长，，纳米颗粒平均尺寸越大。对于不同溅射时间Au薄膜，经过热退火处理，溅射时间越长的薄膜形成的纳米颗粒尺寸、间距越大。另外不同的衬底也会影响Au纳米颗粒的表面形貌和尺寸。通过改变这些条件实现了Au纳米颗粒局域表面等离激元共振特性的调控。 2.研究了磁控溅射法制备的ZnO薄膜的基本性质，计算得到ZnO的禁带宽度为3.27eV。ZnO薄膜在400-500nm存在缺陷发光，进而探索了Au纳米颗粒局域表面等离激元共振对ZnO薄膜缺陷发光的影响。结果表明，溅射时间60s的Au NPs/ZnO复合薄膜的蓝光发射强度比单纯的ZnO薄膜的蓝光发射强度增强了6倍。 3.分析了Au纳米颗粒局域表面等离激元共振对ZnO基MSM紫外光电探测器性能的影响。结果表明，Au纳米颗粒的局域表面等离激元共振明显改善了ZnO基紫外光电探测器的性能，光电流最大增加了2.2倍，响应时间变短。
【关键词】：局域表面等离激元共振 Au纳米颗粒 ZnO薄膜 发光增强 光电探测器
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 表面等离激元的基本特性10-13
• 1.1.1 表面等离激元的色散关系及激发方式10-12
• 1.1.2 表面等离激元的特征长度12-13
• 1.2 局域表面等离激元共振（LSPR）13-16
• 1.2.1 金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振13-14
• 1.2.2 局域表面等离激元共振频率14
• 1.2.3 影响局域表面等离激元共振的因素14-16
• 1.3 局域表面等离激元共振的若干应用16-20
• 1.3.1 太阳能电池领域的应用16-18
• 1.3.2 表面增强荧光18-19
• 1.3.3 表面增强拉曼光谱（SERS）19-20
• 1.4 本论文的主要研究内容及目的20-22
• 参考文献22-27
• 第二章 样品的制备、表征及测试27-35
• 2.1 样品的制备27-29
• 2.1.1 所需仪器及原材料27
• 2.1.2 衬底的清洗27-28
• 2.1.3 磁控溅射制备薄膜28-29
• 2.1.4 管式炉退火29
• 2.2 样品的表征29-33
• 2.2.1 原子力显微镜(AFM)29-30
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）30
• 2.2.3 X 射线衍射仪（XRD）30-32
• 2.2.4 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis Abs）32
• 2.2.5 光致发光光谱（PL）32-33
• 2.3 样品的光电性能测试33-34
• 参考文献34-35
• 第三章 Au 纳米颗粒的制备及 LSPR 特性研究35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 制备参数35-36
• 3.3 Au 薄膜的厚度及晶体结构分析36-37
• 3.4 退火对 Au 纳米颗粒表面形貌和 LSPR 特性的影响37-42
• 3.4.1 退火温度对 Au 纳米颗粒表面形貌和 LSPR 的影响37-39
• 3.4.2 退火时间对 Au 纳米颗粒表面形貌和 LSPR 的影响39-42
• 3.5 溅射时间对 Au 纳米颗粒表面形貌和 LSPR 特性的影响42-44
• 3.6 衬底对 Au 纳米颗粒表面形貌的影响44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 参考文献46-47
• 第四章 Au NPs/ZnO 复合薄膜光学性能的研究47-59
• 4.1 引言47-49
• 4.1.1 ZnO 的基本性质47
• 4.1.2 ZnO 薄膜的制备方法47-48
• 4.1.3 ZnO 薄膜的用途48-49
• 4.2 磁控溅射制备 ZnO 薄膜49-52
• 4.2.1 样品制备49
• 4.2.2 薄膜的表面形貌和晶体结构分析49-50
• 4.2.3 ZnO 薄膜的光学性质50-52
• 4.3 Au NPs/ZnO 复合薄膜的制备及表征52-55
• 4.3.1 样品的制备52
• 4.3.2 薄膜表面形貌及晶体结构分析52-53
• 4.3.3 Au NPs/ZnO 复合薄膜的光学性质53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 参考文献57-59
• 第五章 Au NPs/ZnO 复合薄膜紫外光电探测器的研究59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 光电探测器原理及相关参数59-61
• 5.2.1 工作原理59-60
• 5.2.2 光电探测器的性能参数60-61
• 5.3 Au NPs/ZnO 复合薄膜紫外探测器的制备和性能测试61-65
• 5.3.1 器件的制备61
• 5.3.2 光电性能测试61-65
• 5.3.3 结果讨论65
• 5.4 本章小结65-67
• 参考文献67-68
• 第六章 结论68-70
• 致谢70-71
• 硕士期间学术成果71

【参考文献】

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本文编号：358520