三种低维Ⅱ-Ⅵ簇化合物的光谱光电特性及静压下的特性变化研究

发布时间：2017-12-30 13:44

  本文关键词：三种低维Ⅱ-Ⅵ簇化合物的光谱光电特性及静压下的特性变化研究　出处：《云南师范大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：近年来一维半导体纳米材料在光/电、电/光转换方面取得了突出的进展,如在等离子激光、纳米传感器、纳米光伏器件、纳米成像等取得了惊人的成就。更重要的是一维纳米材料在柔性光伏器件方面展示了广阔的应用前景,但柔性光伏器件必然伴随着应力、应变,应力应变反过来又对材料性质产生影响。因此,本文将从实验和理论两个方面研究几种II-VI簇化合物的光学性质和光电性质,同时基于密度泛函理论第一性原理平面波赝势方法研究纤锌矿(B4)、闪锌矿(B3)、岩盐(B1)及氯化铯(B2)CdSe在不同静压力作用下的电子结构、力学性质等的变化规律。主要内容如下:用热蒸发法在1100oC和900 oC分别制备了ZnSe和CdSe纳米带。两种纳米带在长度方向上均匀,表面光滑。ZnSe纳米带长度可达到几毫米,宽度为5-10μm,纳米厚度40-100 nm的范围内。纳米带宽厚比达到100以上。CdSe纳米带宽达10-20μm,厚约为60 nm,长度可达几厘米。对样品进行光致发光光谱测试发现ZnSe纳米带在470 nm附近可观察到一个强的发光峰对应于ZnSe带隙,且该发光峰峰位随着激发光强度的增加而红移,表明其具有激射效应,激射阈值为65kW/cm2。对于CdSe纳米带,在710 nm附近可观察到一个强的发光峰对应于CdSe带隙,该发光峰强度随着激发光强度的增加而呈超线性的增长,表明CdSe纳米带作为谐振腔而使光谐振放大,从而具有良好的激射效应,其激射阈值为43kW/cm2。通过研究探索,找到了制备铒掺杂的CdS纳米带的最佳条件,制备了优质的铒掺杂的CdS纳米带。纳米带的宽度和厚度分别在3-20mm和30-80 nm之间,大部分纳米带长度在100-200mm,少数纳米带长达到1 mm。铒掺杂的CdS纳米带制作成单片纳米器件,光导测试表明:铒掺杂的CdS纳米带可同时探测457.5nm,620 nm和955 nm的光。对于波长为457.5 nm,照射光功率为30mW/cm2的蓝光,其明暗电导比为103;对于波长为620 nm,照射光功率为27mW/cm2的红光,其明暗电导比为102;而对于波长为955 nm,照射光功率为15mW/cm2的近红外光,其明暗电导比为10。对应的外量子转换效率分别达到93800,16280和11930。表明铒d{杂的CdS纳米带具有优异的多波段光探测性能。基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了CdSe不同结构即纤锌矿(B4)、闪锌矿(B3)、岩盐(B1)及氯化铯(B2)等不同原子组态的稳定性,通过Voigt-Reuss-Hill(VRH)方法计算了不同相的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和泊松比ν,基于弹性常数和平均弹性波速估算了德拜温度。同时研究了CdSe高压下不同原子组态的赝势总能、结构参数、能带结构、电子态密度及相关的力学和光学性质。此计算对CdSe的设计和优化起到了一定理论指导作用,并且提供了在实验中无法获得的一些性能参数。计算结果为:基态时CdSe各相的稳定性顺序为:B4B3B1B2,但是B3和B4相稳定性非常相近,其中B4、B3、B1满足机械稳定性标准而B2相为不稳定结构,计算结果与实验结果相一致;在等静压下B3、B4相大约在4.3 GPa时转变到B1相,在约89 GPa时B1相转变到B2相,而B3相与B4相的焓随着压强的增大而增大的速率一致,没有发生相变的趋势;B3相具有较好的金属延展性,而B4相延展性不如B3结构优异,表明B3结构的CdSe更适宜用作柔性衬底太阳电池材料。各向异性参数的计算结果表明B3、B4结构都具有各向异性,并且压强对各向异性有调制作用。能带色散ε(?)关系表明B4相和B3相属直接带隙半导体,B1相属间接带隙半导体,而B2相呈现出金属性,压强能调控B3、B4、B1相的能带边的色散关系,从而改变CdSe载流子的输运性质和光学性质。同时,压强促使B3、B4相价带顶向低能方向移动而导带底几乎没有变化,从而导致带隙增大,而B1结构的带隙随着压强的增大趋势与B3、B4结构相反。最后还研究了外压对B3、B4结构光学性质的调制影响,表明介电谱特征峰和光吸收峰随着压强的增大,都向高能方向移动。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1355226