GZO晶体和陶瓷的拉曼光谱研究

发布时间：2017-08-30 05:00

  本文关键词：GZO晶体和陶瓷的拉曼光谱研究

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【摘要】：本文主要采用拉曼散射(常温拉曼、变温拉曼、共振拉曼、偏振拉曼)对Gax Zn1-xO(简称GZO)晶体和陶瓷进行了研究,初步探究了Ga元素掺杂前后ZnO晶体和陶瓷晶格内部随Ga掺杂浓度的变化规律,确认了Ga元素的掺杂形式以及最佳掺杂组分。首先,利用X射线衍射对10种不同掺杂浓度的GZO晶体(0.0 wt%,0.2 wt%,0.4 wt%,0.5 wt%,0.6 wt%,0.7 wt%,0.8 wt%,0.9 wt%,1.1 wt%)的晶格结构进行了研究;其次,通过拉曼散射对不同浓度的GZO晶体进行对比分析得:Ga元素掺杂后造成了晶格畸变使得ZnO本征缺陷显现,从而造成了背散射下禁戒模378 cm~(-1)(A1(TO))的出现。Ga元素主要以替代Zn位的形式进入ZnO晶格,这一机制直接导致了488 cm~(-1)新拉曼峰的出现,通过偏振拉曼实验以及声子色散曲线的计算,进一步确认了488 cm~(-1)拉曼峰的出现是由于Ga掺杂后晶格内部平移对称性遭到破坏,使得布里渊区边界点也参与了振动而引起的。对于7种不同掺杂浓度的GZO陶瓷样品(0.0 at%,0.3 at%,0.4 at%,0.5 at%,0.6 at%,0.75 at%,0.9 at%,1.0 at%),其拉曼光谱中出现的584cm~(-1)模借助共振拉曼同样给出了归属确认。最后,GZO晶体和陶瓷的拉曼光谱中均出现了631cm~(-1)和1154cm~(-1)峰,其中1148 cm~(-1)拉曼峰是E1(LO)的倍频模,结合电阻率以及载流子浓度的测量结果,推测其和载流子浓度有关。631cm~(-1)被指认为Ga掺杂的局域振动模,可以作为Ga成功掺杂的标志;这为GZO材料晶格振动光谱的研究工作提供了实验依据,具有一定的借鉴意义。
【关键词】：GZO晶体 GZO陶瓷 拉曼光谱 局域振动模 Ga掺杂
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1;O657.37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 ZnO简介8-12
• 1.1.1 ZnO的基本性质8-9
• 1.1.2 ZnO的晶格动力学特征9-10
• 1.1.3 多级拉曼散射与声子色散曲线10-12
• 1.2 ZnO掺杂12-13
• 1.3 GZO简介及国内外研究现状13-16
• 1.4 本文的研究内容16-18
• 第2章 GZO晶体和陶瓷的制备与表征方法18-24
• 2.1 GZO晶体和陶瓷的制备18-19
• 2.1.1 GZO晶体生长方法18
• 2.1.2 GZO陶瓷烧结方法18-19
• 2.2 GZO晶体和陶瓷的表征技术19-24
• 2.2.1 X射线衍射19-20
• 2.2.2 拉曼光谱与拉曼光谱仪20-24
• 第3章 GZO单晶的晶格结构研究24-42
• 3.1 不同掺杂浓度的GZO晶体的结构分析24-25
• 3.2 ZnO单晶的晶格振动分析与散射结合配置设计25-27
• 3.2.1 ZnO单晶的晶格振动分析25-26
• 3.2.2 拉曼散射实验的几何配置26-27
• 3.3 不同掺杂浓度GZO晶体的拉曼分析27-33
• 3.3.1 纯ZnO晶体的室温拉曼光谱27-28
• 3.3.2 GZO晶体的室温拉曼光谱28-33
• 3.4 GZO晶体的变温拉曼光谱分析33-40
• 3.4.1 ZnO晶体的变温拉曼光谱33-36
• 3.4.2 GZO(掺杂 0.8 wt%)晶体的变温拉曼光谱36-40
• 本章小结40-42
• 第4章 GZO陶瓷的晶格结构研究42-52
• 4.1 GZO陶瓷的结构分析42-43
• 4.2 不同掺杂浓度GZO陶瓷的拉曼光谱分析43-50
• 4.2.1 纯ZnO陶瓷的室温拉曼光谱43-44
• 4.2.2 GZO陶瓷的室温拉曼光谱44-47
• 4.2.3 GZO晶体、陶瓷和薄膜的拉曼光谱对比47-50
• 本章小结50-52
• 结论52
• 本文的创新点52-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文58-60
• 致谢60

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