CdSe及Er掺杂CdSe纳米带的制备及光电性质的研究

发布时间：2018-05-27 01:35

  本文选题：CdSe纳米带 + 掺杂　； 参考：《云南师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：硒化镉(CdSe)是Ⅱ-Ⅵ族中一种重要的直接带隙半导体材料,更是性能优良的光电材料,其一维纳米结构是电子、光电子器件的重要构建单元。本文通过掺杂来调控CdSe纳米带的电子结构和光电性能。研究表明Er掺杂对CdSe纳米带的载流子浓度的影响,从而提高其光电性能。本论文主要工作是制备纯净CdSe纳米带和Er掺杂CdSe纳米带,并对其进行形貌、结构、成分表征,研究其光学性质。在此基础上制作单根纳米带光电器件,研究纯净CdSe和Er掺杂CdSe纳米带光探测性质,分析Er掺杂对CdSe纳米带器件产生的影响。主要结果如下:1、以金为催化剂采用热蒸发法成功制备出纯净CdSe和Er掺杂CdSe纳米带,通过扫描电镜和X射线衍射仪等对制得的样品进行结构表征和微结构分析。SEM结果表明纳米带表面光滑、平整,结晶良好。根据单根纳米带的形貌并结合纳米带的晶体结构分析,其生长机理是VLS。通过XRD分析表明,制得的纯净CdSe和Er掺杂CdSe纳米带仍为纤锌矿结构。选区电子衍射证实制得的样品是理想的单晶结构,能量色散X射线光谱仪和X射线光电子能谱仪对样品的成分进行分析,证明了稀土元素Er成功掺入CdSe纳米带。2、当激发波长为785 nm时,掺杂Er的CdSe纳米带与纯净CdSe纳米带的拉曼光谱类似,除了LO1和2LO1这两个拉曼峰分别向高频方向频移了0.7 cm-1和2.9 cm-1,其他拉曼峰的位置几乎不变。掺杂Er的CdSe纳米带的拉曼峰LO1比纯净CdSe纳米带中拉曼峰LO1信号强得多,这可能是样品中掺入Er元素引起的。然而在激发波长为532 nm和325 nm时没有检测到任何拉曼信号,原因可能是由于只有785 nm光子能量与CdSe的禁带宽度1.74 eV较为接近而产生共振效应。对掺杂Er的CdSe纳米带与纯净CdSe纳米带进行紫外-可见光吸收光谱的研究,发现它们的吸收峰位置相比于本征CdSe块体材料分别蓝移12 nm和16nm,其带隙分别为1.65 eV和1.67 eV。纯净CdSe纳米带的光致发光光谱图在713.2 nm处有一个左右对称且特别强的荧光发光峰,对应CdSe的禁带发光。而Er的CdSe纳米带样品的光致发光光谱经过高斯拟合后得到两个峰,峰位分别在713.7 nm和731.6 nm。731.6 nm的发射峰是由Er~(3+)离子掺杂到CdSe纳米带中引起的,对应于Er~(3+)离子4F7/2→4I13/2跃迁产生的。通过阴极荧光光谱分析发现,随着温度降低,发光峰发生蓝移,且峰的强度逐渐升高。相比于纯净CdSe纳米带,Er掺杂CdSe纳米带样品在常温和低温条件下发生蓝移,在-197℃新出现了2100.2 nm的CL峰,这个位置处的CL峰可能是与Er相关的发光峰。掺杂与未掺杂纳米带样品的CL发光峰都随着温度降低而发生蓝移,且峰的强度逐渐升高。3、在偏压为1 V时,单根纯CdSe纳米带器件在黑暗条件下几乎测不到信号,暗电流约为0.1 pA,Er掺杂CdSe纳米带器件在黑暗条件下的电流为0.4 nA,电导率明显增加了3个数量级;在白炽灯辐照下,纯CdSe纳米带器件的光电流为0.17μA,单根Er掺杂CdSe纳米带器件的光电流为10.6μA,掺杂后的纳米带电导率增加了两个数量级。Er掺杂CdSe器件有较大的光暗电流比,ILight/IDark约2.5×104。在偏压为1 V时,纯CdSe纳米带器件最高光响应出现在波长为688nm处,而Er掺杂CdSe纳米带器件则在695 nm处。且当辐照光的波长一定时,光电流随着功率密度增大而增大。固定偏压为1 V时,Er掺杂CdSe器件具有很高的灵敏度和良好的光探测稳定性。Er掺杂CdSe纳米带器件在695 nm(4.89mW(14)cm2)光辐照下,偏压为1 V时,光导响应Rl为1.04×103 A/W,外量子效率EQE为1.85×103,光电导率Gph约为82 S/cm。以上结果表明,Er掺杂CdSe器件表现出了良好的光探测性能。多根纳米带器件表现出的光电性能优于单根纳米带器件,在黑暗条件下其电导率增加了近3个数量级。
[Abstract]:Cadmium selenide (CdSe) is an important direct band gap semiconductor material in the II - VI family. It is also an excellent photoelectric material. Its one-dimensional nanostructure is an important building unit for electron and optoelectronic devices. This paper regulates the electronic structure and photoelectric energy of the CdSe nanoribbons by doping. The study shows that the carrier concentration of Er doped to the CdSe nanoribbons is concentrated. The main work of this paper is to prepare pure CdSe nanoribbons and Er doped CdSe nanoribbons, and to make their morphology, structure, composition and optical properties. On this basis, a single nanoscale photoelectric device is made to study the optical detection properties of pure CdSe and Er doped CdSe nanoscale bands, and to analyze Er doping. The main results of CdSe nano band devices are as follows: 1, pure CdSe and Er doped CdSe nanoribbons were prepared by thermal evaporation with gold as the catalyst. The structure characterization and microstructural analysis of the samples obtained by scanning electron microscope and X ray diffractometer show that the surface of the nanometers is smooth, smooth and well crystallized. According to the morphology of single nanoribbons and the crystal structure of nanoscale, the growth mechanism of VLS. shows that the pure CdSe and Er doped CdSe nanoribbons are still wurtzite by XRD analysis. The samples obtained by electoral electron diffraction are ideal single crystal structure, energy dispersive X ray spectrometer and X ray photoelectron spectrometer. The composition of the sample was analyzed. It was proved that the rare earth element Er was successfully doped with the CdSe nanband.2. When the excitation wavelength was 785 nm, the CdSe nanoribbons doped with Er were similar to the pure CdSe nanoribbons. The two Raman peaks, except LO1 and 2LO1, shifted 0.7 cm-1 and 2.9 cm-1 to the high frequency direction respectively, and the other Raman peaks were almost unchanged. The Raman peak LO1 of the CdSe nanobelt doped with Er is much stronger than the Raman peak LO1 signal in the pure CdSe nanoribbons. This may be caused by the doping of the Er element in the sample. However, no Raman signals are detected at the excitation wavelength of 532 nm and 325 nm, the reason may be that only the 785 nm light energy is close to the CdSe's band gap 1.74 eV. A study of the ultraviolet visible light absorption spectra of the CdSe nanoribbons doped Er and pure CdSe nanoribbons showed that their peak absorption peaks were 12 nm and 16nm, respectively, compared with the intrinsic CdSe block materials, and the band gap was 1.65 eV and 1.67 eV. pure CdSe nanometers respectively. The photoluminescence spectra at 713.2 nm were found. A symmetrical and particularly strong fluorescent luminescence peak corresponds to the forbidden band luminescence of CdSe, and the photoluminescence spectra of Er CdSe nanoribbon samples are obtained by Gauss fitting, and the peak positions at 713.7 nm and 731.6 nm.731.6 nm are caused by Er~ (3+) ions doped to the CdSe nanoscale zone, corresponding to Er~ (3+) ion 4F7/2. 4I13/2 transition is produced. Through the cathodoluminescence spectrum analysis, it is found that with the temperature decreasing, the luminescence peak is blue shift and the peak intensity increases gradually. Compared with pure CdSe nanoribbons, the Er doped CdSe nanoribbons have blue shift at normal and low temperature conditions, and a new 2100.2 nm CL peak appears at -197, and the CL peak at this position may be the same as that at this position. Er related luminescence peaks. The CL luminescence peaks of doped and undoped nanoscale samples are blue shift with the temperature decreasing, and the intensity of the peak is gradually increased by.3. When the bias is 1 V, the single pure CdSe nanoribbons are almost no signal under dark conditions, the dark current is about 0.1 pA, and the current of Er doped CdSe nanobelt devices under dark conditions The conductivity of 0.4 nA is increased by 3 orders of magnitude. Under the irradiation of the incandescent lamp, the photocurrent of the pure CdSe nanband devices is 0.17 u A, and the photocurrent of the single Er doped CdSe nano band devices is 10.6 u A. The doped nano charge conductivity increases two orders of magnitude.Er doped CdSe devices with a larger light dark current ratio, and ILight/IDark about 2.5 x 104.. When the bias voltage is 1 V, the highest light response of the pure CdSe nanoribbon device appears at the wavelength of 688nm, while the Er doped CdSe nanobelt device is at 695 nm. And when the wavelength of the irradiated light is fixed, the photocurrent increases with the increase of the power density. When the fixed bias is 1 V, Er doped CdSe devices have a high sensitivity and good optical detection stability.E. The photoconductive response Rl is 1.04 x 103 A/W with a bias voltage of 1 V under 695 nm (4.89mW (14) cm2) light irradiation, and the external quantum efficiency EQE is 1.85 x 103 and the photoconductivity Gph is about 82 S/cm. shows that the Er doped nm shows good optical detection performance. The electrical conductivity of root nanobelts increased by nearly 3 orders of magnitude under dark conditions.
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O614.242;TB383.1

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