Mn 2+ 掺杂ZnSe/ZnS半导体纳米晶的结构、磁学和光学性质研究

发布时间：2021-04-20 20:25

　　稀磁半导体是在传统半导体的基础上,引入磁性原子,使之具有铁磁性。以此,可以同时利用电子的电荷和自旋两种属性。Mn原子以独特的3d5电子结构在稀磁半导体中占有重要地位。本论文旨在研究Mn2+掺杂ZnSe/ZnS（Zn1-xMnxSe/y ZnSe/z ZnS）核/壳结构纳米晶的磁学和光学性质,从能级的角度研究磁学与光学性质的关系,建立系统定量的发光模型。我们首先合成了发光寿命单指数衰减的Mn2+掺杂ZnSe/ZnS（Zn1-xMnxSe/y ZnSe/z ZnS）纳米晶,其内部的Mn2+离子之间的磁相互作用是单分散的。合成策略采用共成核掺杂方法,掺杂剂离子和纳米晶核主体材料阳离子共同加入到溶液中,在高活性阴离子前体的作用下,调整阴离子前体和阳离子前体的比例,使掺杂剂离子在晶格中均匀分布。随后再外延生长ZnSe/ZnS两种壳层增加稳定性。该种方法合成的掺杂纳米晶,结晶度高、稳定性好、表面缺陷少、发光量子产率高。掺杂剂在纳米晶核内部,配位环境一致,不同Mn2+含量的样品之间只有磁交换作用的强度不同,为磁性性质和光学性质的研究提供了单一变量。以磁学测量和电子顺磁共振光谱（EPR）为手段,研究变... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 掺杂概述
        1.2.1 掺杂对半导体性质的调控
        1.2.2 过渡金属（含有未填满d轨道电子）掺杂
2+的特性">        1.2.3 掺杂Mn²⁺的特性
2+掺杂半导体纳米晶的光学性质">    1.3 Mn²⁺掺杂半导体纳米晶的光学性质
2+在半导体中的能级位置及跃迁机制">        1.3.1 Mn²⁺在半导体中的能级位置及跃迁机制
2+发光的影响">        1.3.2 主体能级位置对Mn²⁺发光的影响
2+的能量转移过程">        1.3.3 激子-Mn²⁺的能量转移过程
2+d-d跃迁发射的发光寿命">        1.3.4 Mn²⁺d-d跃迁发射的发光寿命
2+发射的发光峰位">        1.3.5 Mn²⁺发射的发光峰位
2+发射的半峰宽">        1.3.6 Mn²⁺发射的半峰宽
2+掺杂半导体的磁学性质">    1.4 Mn²⁺掺杂半导体的磁学性质
        1.4.1 稀磁半导体研究现状
        1.4.2 磁性分类与磁性起源
2+离子的相互作用单元">        1.4.3 掺杂体系中Mn²⁺离子的相互作用单元
2+掺杂半导体的合成现状">    1.5 Mn²⁺掺杂半导体的合成现状
    1.6 本论文的立题与研究意义
第二章 实验部分
    2.1 实验药品与仪器
    2.2 样品制备与处理
        2.2.1 反应前驱体的制备
2+含量的Zn_1-xMn_xSe的合成">        2.2.2 不同Mn²⁺含量的Zn_1-xMn_xSe的合成
1-xMn_xSe/ZnSe的合成">        2.2.3 Zn_1-xMn_xSe/ZnSe的合成
1-xMn_xSe/ZnSe/ZnS的合成">        2.2.4 Zn_1-xMn_xSe/ZnSe/ZnS的合成
        2.2.5 提纯
        2.2.6 刻蚀
    2.3 样品表征
第三章 合成与表征
    3.1 引言
1-xMn_xSe的合成">    3.2 Zn_1-xMn_xSe的合成
2+分布的影响">        3.2.1 羧酸含量对Mn²⁺分布的影响
2+分布的影响">        3.2.2 阴离子前体扩散对Mn²⁺分布的影响
2+分布的影响">        3.2.3 阴离子前体活性对Mn²⁺分布的影响
2+含量的单指数样品的制备">        3.2.4 不同Mn²⁺含量的单指数样品的制备
    3.3 ZnSe壳层的合成
        3.3.1 纳米晶浓度的影响
        3.3.2 阴离子前体反应活性的影响
    3.4 ZnS壳层的合成
        3.4.1 前体引入速率的影响
        3.4.2 反应温度的影响
    3.5 结构表征
        3.5.1 常规表征方法
2+分布的表征">        3.5.2 Mn²⁺分布的表征
    3.6 本章小结
第四章 磁学性质研究
    4.1 引言
2+含量纳米晶的ZFC/FC曲线">    4.2 不同Mn²⁺含量纳米晶的ZFC/FC曲线
2+含量纳米晶的EPR曲线">    4.3 不同Mn²⁺含量纳米晶的EPR曲线
2+含量纳米晶的M-H曲线">    4.4 不同Mn²⁺含量纳米晶的M-H曲线
    4.5 本章小结
第五章 光学性质研究
    5.1 引言
    5.2 稳态发光
        5.2.1 三种典型样品的常规性质表征
2+浓度样品的变温发光光谱">        5.2.2 三种Mn²⁺浓度样品的变温发光光谱
2+含量纳米晶的峰位移动和半峰宽变化的解释">        5.2.3 低Mn²⁺含量纳米晶的峰位移动和半峰宽变化的解释
2+含量的纳米晶发光峰位置随温度移动的解释">        5.2.4 高Mn²⁺含量的纳米晶发光峰位置随温度移动的解释
2+含量的纳米晶的峰位和半峰宽与壳层厚度的关系">        5.2.5 高Mn²⁺含量的纳米晶的峰位和半峰宽与壳层厚度的关系
    5.3 瞬态发光光谱
2+浓度样品不同温度下的瞬态发光光谱">        5.3.1 三种Mn²⁺浓度样品不同温度下的瞬态发光光谱
        5.3.2 不同发射波长的瞬态发光光谱
        5.3.3 不同激发波长的瞬态发光光谱
        5.3.4 长成分来源于非辐射通道
    5.4 本章小结
第六章 定量模型初探
    6.1 引言
    6.2 基态和激发态能级结构
    6.3 自旋晶格弛豫与波尔兹曼分布
        6.3.1 基态的波尔兹曼分布
        6.3.2 自旋晶格弛豫
        6.3.3 激发态平衡过程
    6.4 速率方程的建立
        6.4.1 激发态速率方程
        6.4.2 高斯方程参数确定
        6.4.3 晶体场效应
        6.4.4 不同壳层厚度的拟合
        6.4.5 对发光寿命长成分的说明
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
作者简历及博士期间所取得的科研成果



本文编号：3150344