电子束诱导氧化锌量子点的可控生长与载流子调制

发布时间：2017-04-26 01:06

  本文关键词：电子束诱导氧化锌量子点的可控生长与载流子调制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：ZnO是直接带隙半导体材料,近紫外发光和透光性质使其可被用作光电器件。量子效应使得纳米尺度的ZnO的禁带宽度和其粒度、形状和显微结构相关,并直接决定纳米ZnO的发光性能。可以通过改变量子点的成分、尺寸和形状调控其电子态密度和载流子性质,达到控制纳米尺度ZnO量子点物理化学性质的目的。本文在对ZnO量子点生长方法和载流子调控充分调研的基础上,利用环境透射电子显微镜原位研究稳定、尺寸可控的ZnO量子点的生长条件和生长机理,控制量子点内氧缺陷浓度,从而调控载流子和ZnO量子点的能带性质。论文首先研究了ZnO量子点在透射电子显微镜中的生长行为,在控制电子束能流密度和氧分压的条件参数下,实现ZnO量子点的可控生长。研究表明在直径约40 nm六方纤锌矿结构的ZnO纳米棒的(1010)晶面上,通过300keV电子束辐照(能流密度1.6×105A/m2,样品室真空气压5x10-4pa)可控制生长粒度为5nm左右ZnO量子点。量子点表面由(1010)、(0001)和(0001)三个晶面构成。高电子束能流密度和高氧分压可促进ZnO量子点生长,量子点内部的氧缺陷可以由辐照电子束的能量和能流密度调节。电子能量损失谱测试分析表明ZnO量子点内氧原子含量可达55%,富含空穴载流子。第一性原理计算也表明,在这种条件下氧间隙原子可以稳定存在于量子点中。电子全息测量分析表明ZnO量子点与ZnO基体纳米棒存在约0.5V的势垒。原位电学测试结果表明电流从ZnO量子点单向流入纳米棒,原位光电测试结果表明ZnO量子点-纳米棒体系具有可见光响应性能。
【关键词】：ZnO量子点 透射电子显微镜 空穴载流子
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 课题背景9
• 1.2 ZnO量子点特性9-19
• 1.2.1 ZnO晶体结构9-10
• 1.2.2 ZnO量子点的激子特性10-14
• 1.2.3 ZnO量子点的光致发光(PL)性能14-16
• 1.2.4 ZnO量子点的气敏传感器应用16-19
• 1.3 ZnO的空穴载流子调制19-22
• 1.4 ZnO量子点制备方法22-28
• 1.4.1 化学方法22-24
• 1.4.2 物理方法24-27
• 1.4.3 电子束诱导生长27-28
• 1.5 本论文研究的主要内容28-29
• 第二章 试验方法29-32
• 2.1 原料及试验设备仪器29-30
• 2.1.1 试验原料29
• 2.1.2 试验设备仪器29-30
• 2.2 ZnO量子点(QD)生长30-32
• 2.2.1 ZnO纳米棒(NR)制备30-31
• 2.2.2 ZnO量子点生长31-32
• 第三章 ZnO量子点的生长32-42
• 3.1 ZnO纳米棒的形貌及结构表征32-35
• 3.1.1 SEM形貌表征32-33
• 3.1.2 TEM表征33-34
• 3.1.3 EELS分析34-35
• 3.2 ZnO量子点的原位生长过程35-36
• 3.3 调控ZnO量子点的生长36-41
• 3.3.1 调整电子束加速电压36-37
• 3.3.2 调整电子束能流密度37-38
• 3.3.3 调整ZnO纳米棒所处气氛38-39
• 3.3.4 调整ZnO表面状态39-40
• 3.3.5 改变ZnO纳米棒化学组成40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 ZnO量子点的载流子调制与应用42-57
• 4.1 ZnO量子点的生长机理42-45
• 4.1.1 Knock-on damage理论42
• 4.1.2 O元素分布分析42-43
• 4.1.3 ZnO纳米棒应力分析43-45
• 4.1.4 小结45
• 4.2 ZnO量子点内的载流子类型分析45-49
• 4.2.1 ZnO量子点内缺陷分析45-46
• 4.2.2 近边精细结构(ELNES)分析46-48
• 4.2.3 EELS低损谱48
• 4.2.4 电子全息(Holography)48-49
• 4.3 ZnO量子点-纳米棒体系电学性能49-56
• 4.3.1 原位通电测试49-53
• 4.3.2 原位光电测试53-54
• 4.3.3 离位通电测试54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 结论57-58
• 5.1 ZnO量子点的可控生长与生长机理57
• 5.2 ZnO量子点的空穴载流子调制57-58
• 参考文献58-66
• 致谢66-67
• 个人简历67-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果68

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