Na掺杂单晶ZnO的光致发光性质研究

发布时间：2017-04-20 07:00

  本文关键词：Na掺杂单晶ZnO的光致发光性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,氧化锌(ZnO)因其独有的优越性能,和在许多领域应用的巨大潜力而备受关注。然而,高性能又稳定可靠的p型ZnO一直没能实现,这严重阻碍了ZnO基光电器件的发展。Ⅰ族元素中的Na在ZnO中存在较浅的受主能级,利用Na掺杂可实现p型ZnO,但其稳定性仍有待提高,其掺杂机理也有待深入研究。本文主要用发光光谱研究Na在ZnO中的行为,为了创造有参考意义的环境,减少背景缺陷的干扰,选用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长的ZnO纳米棒和ZnO体单晶两种高质量ZnO进行Na掺杂,主要研究内容包括以下两个方面：1.通过MOCVD法成功地生长了Na掺杂的ZnO纳米棒阵列。光致发光(PL)分析发现,不同于未掺杂的ZnO纳米棒,在Na掺杂的纳米棒中低温PL谱中主导发光的是离化施主束缚激子(D+X),表明Na在其中作为受主与施主发生了高度补偿,结合XPS价带谱中观察到费米能级向价带的移动,证明了Na的受主行为。2.成功地对c面(0001)和a面(1120)的ZnO体单晶进行了不同能量和剂量的Na离子注入。通过PL谱讨论了不同温度对Na注入的ZnO体单晶的结构影响,在650℃退火后普遍发现了Na相关的中性受主束缚激子(A0X)发光峰,证明Na此温度下最容易被激活。对Na受主参与的施主受主对(DAP)发光的追踪测试结果表明NaZn并不稳定。之后对比了不同注入能量、不同注入剂量和不同晶向的基底对Na受主形成的影响,发现Na掺杂主要受晶体极性调控。
【关键词】：氧化锌 Na掺杂 离子注入 纳米棒 体单晶 光致发光
【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】：TQ132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 前言9-10
• 1.2 ZnO的基本结构与性质10-13
• 1.2.1 ZnO的晶体结构与能带结构10-11
• 1.2.2 ZnO的基本性质与结构形态11-13
• 1.3 ZnO中的本征缺陷与Na掺杂13-16
• 1.3.1 ZnO中的本征缺陷13-14
• 1.3.2 ZnO中的Na掺杂14-16
• 1.4 ZnO中的光致发光现象16-21
• 1.4.1 ZnO纳米结构的光致发光18-20
• 1.4.2 ZnO体单晶的光致发光20-21
• 1.5 本文使用的主要表征手段21-22
• 1.6 本文的主要内容22-25
• 第二章 MOCVD生长的Na掺杂ZnO纳米棒发光性质研究25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 ZnO纳米棒的制备与表征25-27
• 2.2.1 ZnO纳米棒的制备25
• 2.2.2 ZnO纳米棒的表征25-27
• 2.3 Na掺杂对ZnO纳米棒光致发光行为影响研究27-30
• 2.4 Na掺杂对ZnO费米能级的影响30
• 2.5 Na掺杂对ZnO纳米棒电学性质的影响30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 Na离子注入ZnO体单晶的发光性质研究33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 ZnO体单晶性质与离子注入33-36
• 3.2.1 ZnO体单晶的基本性质35
• 3.2.2 Na离子注入后ZnO体单晶的性质变化35-36
• 3.3 不同退火温度对Na注入Zn0单晶光致发光行为影响研究36-41
• 3.3.1 不同退火温度对Na注入c面ZnO体单晶光致发光行为的影响37-39
• 3.3.2 不同退火温度对Na注入a面ZnO体单晶光致发光行为的影响39-40
• 3.3.3 650℃退火后的变温PL研究40-41
• 3.4 近带边发光峰随时间变化的研究41-44
• 3.5 不同能量、剂量及不同晶向ZnO单晶对Na注入后光致发光行为影响研究44-48
• 3.5.1 不同能量的Na离子注入后对光致发光的影响44-45
• 3.5.2 不同剂量的Na离子注入后对光致发光的影响45-46
• 3.5.3 不同晶向ZnO单晶对Na离子注入后光致发光的影响46-48
• 3.6 本章小结48-51
• 第四章 总结与展望51-53
• 4.1 本文结论51-52
• 4.2 本文创新之处52
• 4.3 未来展望52-53
• 参考文献53-59
• 致谢59-61
• 个人简历61-63
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果63

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