ZnO荧光光谱中的多声子结构研究
发布时间：2020-12-27 05:04
ZnO是一种光电性能优异的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带半导体。作为一种自然界常见的氧化物,ZnO的材料成本相对较低,并且已经实现了较大尺寸的单晶生长,因此,人们对其在蓝光和紫外光电器件方面的应用寄予厚望。但是,经过二十余年的探索,尚未找到实现高质量p型掺杂ZnO的有效方法,这严重阻碍了 ZnO在光电领域的实际应用。此外,ZnO的基础研究中仍存在一些悬而未决的物理问题,如可见荧光中的绿光（GL）带、黄橘光（YL/OL）带和红光（RL）带的起源以及荧光发射过程中形成的一些多级纵光学（LO）声子结构的物理机制等。目前,人们对这些问题的认识尚不明确,甚至存在一些互相矛盾的观点。因此,深入研究这些基本科学问题,不仅可以在基础物理层面上加深对ZnO发光过程的认识,而且在实际应用层面上可以为发展ZnO基光电器件提供必要的科学依据。本论文以调控ZnO表面状态为出发点,利用O2、H2气氛退火和沉积SiO2薄膜进行表面钝化等处理手段,制备了一系列具有不同表面状态的单晶与多晶ZnO样品,进而通过光致荧光（PL）谱及光致荧光激发（PLE）谱等方法系统研究了 ZnO在近带边（NBE）区和可见荧光区的荧光发射行为,重点...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１纤锌矿ＺｎＯ的晶体结构［２１］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＺｎＯ?［」】．??
?大连理工大学博士学位论文???存在争议［５，２８］，尚无定论。但由于Ａ与Ｂ价带的分裂仅有？５?ｍｅＶ，并且二者的跃迁选??择定则相同，因此这种讨论对实际问题的影响并不大。一般认为，乂?ｒ９，５ｒ７，ｃｒ７的顺序??更加合理［２６］。??ＣＢ?＼?ｆ?／?＋＋??＼?／?Ｚｎ?４ｓ??、「７??Ｅｌｃ??厂丄（?一一??￡｜｜ｃ??ＶＢ?６２Ｐ??’?＼?ｃ??图１．２?ＺｎＯ的能带结构示意图［２６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＺｎＯ［２６］．??声子是晶格振动的能量量子。ＺｎＯ的单胞中包括两个Ｚｎ与两个Ｏ原子，使得其声??子色散曲线存在１２个分支。根据群论分析，布里渊区中心（ｒ点）的声子模式包括２４?＋２及??＋?２＾２＋２＾，其中私与五２均为二重简并模，零频率的声学声子对应了一个公与一个４??模式［２９］。在这些晶格振动模式中，说仅具有红外活性，非极性的￡２模仅具有Ｒａｍａｎ活??性，极性的為与私模则同时具有Ｒａｍａｎ与红外活性，这是因为纤锌矿结构不具有反转??对称性［３（）］。图１．３展示了典型的纤锌矿结构光学声子模的振动模式。对于非极性模（及??与５＋两个Ｚｎ（０）原子按照平行反向的形式振动。对于极性模〇４ｉ与■Ｅｉ），两个Ｚｎ（〇）??原子沿相同方向以相同振幅运动。极性的為与私还分别具有横光学（ＴＯ）与纵光学（ＬＯ）??模。对于ＺｎＯ单晶样品而言，根据对称性，上述Ｒａｍａｎ模式仅在光的波矢与偏振方向??满足特定关系时才可以被观察到，具体见表１．２［３１］所示。其中，光路配置按照现有文献??的通用标记方式表示，包括两个括号外
仅有一些因选择定则而不与光场耦合的激子态以纯激子形式存在。与光耦合??的极化激元模型下，任意能量都至少有一个激子极化激元态存在，因此相应的反射谱中??不存在全反射的能量区［３（）］。??ａ?ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ??Ｔ－?＾＝１??０３?ＴＯ??１?Ｅ，?Ｉ?５??０＞?Ｅ??ｔ?ｒ?ｊ????＇ｊＰ￣￣Ｋ?＝?ｋｅ＋ｋｈ??ｃ?ｉ?ｄ??“ＵＰ８，／??ｉＪＬ＾?Ｉ?ｌ??＾Ｉ??＾?ｒ?１?ｒ??＾０?Ｐ＂??ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ??图１．４?ＺｎＯ带间跃迁示意图：⑷导带与价带间跃迁，（ｂ）激子态，（ｃ）激子极化激元态；图（ｄ）是典型??的在极化激元效应影响下的典型反射光谱［３（）］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｂａｎｄ－ｔｏ－ｂａｎｄ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?（ａ），?ｅｘｃｉｔｏｎ?ｓｔａｔｅｓ?（ｂ），?ａｎｄ?ｅｘｃｉｔｏｎ?ｐｏｌａｒｉｔｏｎ?ｓｔａｔｅｓ??（ｃ）；?ｆｉｇｕｒｅ?（ｄ）?ｓｈｏｗｓ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｐｏｌａｒｉｔｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ＾０】．??ＺｎＯ中激子的本征能量可以由反射谱与吸收谱等实验手段测出。在样品温度较高时，??反射与吸收光谱会由于声子散射而出现显著的均匀展宽，从而影响激子能量的测定。而??在低温条件（＜ｌ〇Ｋ）下，声子散射基本消失，此时光谱展宽基本仅由激子的横纵分裂ｚｌｕ??决定。根据选择定则，Ｘ与５激子在五丄ｃ时具有较强的振子强度，而Ｃ激子在五／／ｃ??－９－??
本文编号：2941150
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１纤锌矿ＺｎＯ的晶体结构［２１］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＺｎＯ?［」】．??
?大连理工大学博士学位论文???存在争议［５，２８］，尚无定论。但由于Ａ与Ｂ价带的分裂仅有？５?ｍｅＶ，并且二者的跃迁选??择定则相同，因此这种讨论对实际问题的影响并不大。一般认为，乂?ｒ９，５ｒ７，ｃｒ７的顺序??更加合理［２６］。??ＣＢ?＼?ｆ?／?＋＋??＼?／?Ｚｎ?４ｓ??、「７??Ｅｌｃ??厂丄（?一一??￡｜｜ｃ??ＶＢ?６２Ｐ??’?＼?ｃ??图１．２?ＺｎＯ的能带结构示意图［２６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＺｎＯ［２６］．??声子是晶格振动的能量量子。ＺｎＯ的单胞中包括两个Ｚｎ与两个Ｏ原子，使得其声??子色散曲线存在１２个分支。根据群论分析，布里渊区中心（ｒ点）的声子模式包括２４?＋２及??＋?２＾２＋２＾，其中私与五２均为二重简并模，零频率的声学声子对应了一个公与一个４??模式［２９］。在这些晶格振动模式中，说仅具有红外活性，非极性的￡２模仅具有Ｒａｍａｎ活??性，极性的為与私模则同时具有Ｒａｍａｎ与红外活性，这是因为纤锌矿结构不具有反转??对称性［３（）］。图１．３展示了典型的纤锌矿结构光学声子模的振动模式。对于非极性模（及??与５＋两个Ｚｎ（０）原子按照平行反向的形式振动。对于极性模〇４ｉ与■Ｅｉ），两个Ｚｎ（〇）??原子沿相同方向以相同振幅运动。极性的為与私还分别具有横光学（ＴＯ）与纵光学（ＬＯ）??模。对于ＺｎＯ单晶样品而言，根据对称性，上述Ｒａｍａｎ模式仅在光的波矢与偏振方向??满足特定关系时才可以被观察到，具体见表１．２［３１］所示。其中，光路配置按照现有文献??的通用标记方式表示，包括两个括号外
仅有一些因选择定则而不与光场耦合的激子态以纯激子形式存在。与光耦合??的极化激元模型下，任意能量都至少有一个激子极化激元态存在，因此相应的反射谱中??不存在全反射的能量区［３（）］。??ａ?ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ??Ｔ－?＾＝１??０３?ＴＯ??１?Ｅ，?Ｉ?５??０＞?Ｅ??ｔ?ｒ?ｊ????＇ｊＰ￣￣Ｋ?＝?ｋｅ＋ｋｈ??ｃ?ｉ?ｄ??“ＵＰ８，／??ｉＪＬ＾?Ｉ?ｌ??＾Ｉ??＾?ｒ?１?ｒ??＾０?Ｐ＂??ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ??图１．４?ＺｎＯ带间跃迁示意图：⑷导带与价带间跃迁，（ｂ）激子态，（ｃ）激子极化激元态；图（ｄ）是典型??的在极化激元效应影响下的典型反射光谱［３（）］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｂａｎｄ－ｔｏ－ｂａｎｄ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?（ａ），?ｅｘｃｉｔｏｎ?ｓｔａｔｅｓ?（ｂ），?ａｎｄ?ｅｘｃｉｔｏｎ?ｐｏｌａｒｉｔｏｎ?ｓｔａｔｅｓ??（ｃ）；?ｆｉｇｕｒｅ?（ｄ）?ｓｈｏｗｓ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｐｏｌａｒｉｔｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ＾０】．??ＺｎＯ中激子的本征能量可以由反射谱与吸收谱等实验手段测出。在样品温度较高时，??反射与吸收光谱会由于声子散射而出现显著的均匀展宽，从而影响激子能量的测定。而??在低温条件（＜ｌ〇Ｋ）下，声子散射基本消失，此时光谱展宽基本仅由激子的横纵分裂ｚｌｕ??决定。根据选择定则，Ｘ与５激子在五丄ｃ时具有较强的振子强度，而Ｃ激子在五／／ｃ??－９－??
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