Y掺杂Si纳米线的光致发光特性

以n型单晶Si(111)为衬底,利用Au作为催化剂,在温度、N₂流量和生长时间分别为1 100 ℃,1.5 L·min-1和60 min的条件下,基于固-液-固生长机制,生长了直径为60～80 nm、长度为数十微米的高密度Si纳米线。随后,以Y₂O₃粉末为掺杂源,采用高温扩散方法对Si纳米线进行了钇(Y)掺杂。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光分光光度计对不同掺杂温度(900～1 200 ℃)、掺杂时间(15～60 min)和N₂流量(0～400 sccm)等工艺条件下制备的Y掺杂Si纳米线的形貌、成分、结晶取向以及激发光谱和发射光谱特性进行了详细的测量和表征。结果表明,在掺杂温度为1 100 ℃,N₂流量为200 sccm、掺杂时间为30 min和激发波长为214 nm时,Y掺杂Si纳米线样品表现出较好的发光特性。样品分别在470～500和560～600 nm范围内出现了两条发光谱带。560～600 nm的发光带由两个发光峰组成,峰位分别为573.6和583.8 nm,通过结构分析可以推测,这两个发光峰是由Y3+在Si纳米线的带隙中引入的杂质能级引起的。而470～500 nm较宽的发光带同样来源于Y离子在Si纳米线带隙中引入的与非晶SiO_x壳层中氧空位能级十分接近的杂质能级。     

Eu掺杂Si纳米线的光致发光特性

利用Si(111)衬底, 以Au-Al为金属催化剂, 基于固-液-固生长机理, 在温度为1100℃, N₂气流量为1.5 L/min、生长时间为30–90 min等工艺条件下, 制备了直径约为100 nm、长度为数微米的高密度、均匀分布、大面积的Si纳米线(～10¹⁰ cm^-2). 对Si纳米线进行了Eu掺杂, 实验研究了不同长度的Si纳米线以及不同掺杂温度、掺杂时间等工艺参数对Eu离子红光发射的影响, 利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对Si纳米线表面形貌和Eu掺杂后Si纳米线的结晶取向进行了测量和表征; 室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析. 结果表明: 在Si纳米线生长时间为30 min、掺杂温度为1000℃、 最佳激发波长为395 nm时, 样品最强荧光波长为619 nm (⁵D₀→⁷F₂); 同时, 还出现了576 nm (⁵D₀→⁷F₀), 596 nm (⁵D₀→⁷F₁), 658 nm (⁵D₀→⁷F₃)和708 nm (⁵D₀→⁷F₄)四条谱带.     

SiNWs:Tb3+的光学稳定性及Si纳米线对其发光特性的影响

荧光纳米材料不但具备纳米材料的优势,同时还具有优异的光学性质,被广泛应用于荧光标记、离子识别、荧光免疫分析、光学成像和医学诊断等方面。因此,荧光纳米材料的制备、结构分析和荧光特性等方面的研究备受人们的关注。为了获得发光强度大、荧光量子效率高和制备过程可控的Si基荧光纳米材料,实验进一步研究了Si纳米线对样品发光特性的影响和样品的光学稳定性。首先,基于固-液-固生长机制,在反应温度为1 100 ℃、N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下,分别以“抛光”和“金字塔”织构表面的单晶Si(100)为衬底,生长出不同长度和分布的Si纳米线;以Au或Au-Al合金膜层作为金属催化剂,生长出密度分别约为108和1010 cm-2的Si纳米线;然后,利用L4514自动控温管式加热炉,基于高温固相法,在温度为1 100 ℃、掺杂时间为60 min和N₂气流量为1 000 sccm等工艺条件下,以高纯Tb₄O₇(99.99%)粉末为稀土掺杂剂对不同Si纳米线衬底进行稀土掺杂,制备一系列的荧光纳米材料SiNWs:Tb3+样品;室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计,固定激发光波长为243 nm、激发光狭缝为2.5 nm、发射光狭缝为2.5 nm、扫描波长范围为450～650 nm、光电倍增管(photomultiplier lube, PMT)电压为600 V等参数下,测量了不同样品的光致发光特性;最后,实验测试了该荧光纳米材料的光学稳定性,如时间(0～30 d)、温度(300～500 K)、酸碱(pH 1和11)、抗光漂白(0～120 min)等稳定性以及水溶性和分散性。结果显示,在衬底为“金字塔”织构表面上、生长时间为30 min、以Au为金属催化剂等条件下制备的Si纳米线为Tb3+掺杂衬底时,SiNWs:Tb3+的绿光发射强度较大,其发光强峰值位于554 nm,属于能级5D₄→7F₅的跃迁,另外在波长为494,593和628 nm出现了三条发光谱带,它们分别属于能级5D₄→7F₆,5D₄→7F₄和5D₄→7F₃的跃迁。另外,样品展示出了优异的时间、温度、酸碱和抗光漂白等光学稳定性,同时还具有良好的水溶性和分散性。如温度升高到500 K时,光发射强度仅降低了约8.9%左右;抗光漂白能力较强,用波长为365 nm、功率为450 W的紫外光源照射120 min,样品的绿光发射强度无衰减;酸、碱稳定性好,在pH 1的强酸(HCl)溶液中120 min未见衰减,在pH 11的强碱(NaOH)溶液中15 min内衰减较小, 随后发光强度出现了缓慢下降的趋势;当60 min后,样品的发光强度变得极其微弱。分析认为,在SiNWs:Tb3+表面有一层SiO₂包覆层,而NaOH溶液容易和SiO₂发生化学反应,随着时间延长SiO₂层被破坏,故样品发光强度降低;样品溶于水中放置30 d未见沉淀物,发光亮度均匀且分散性较好。在研究了制备温度、气体流量和掺杂时间等工艺条件之后,深入研究了Si纳米线自身变化对Tb3+绿光发射的影响。该材料展示出了良好的光学稳定性、水溶性和分散性,使其作为荧光标记物具有一定的应用价值。     

Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性

以金属Au-Al为催化剂,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为30 min,从Si(100)衬底上直接生长了直径约为50～120 nm、长度为数百纳米的高密度、大面积的Si纳米线。然后,利用Tb₂O₃在不同温度(1 000～1 200 ℃)、掺杂时间(30～90 min)和N₂气流量(0～1 000 sccm)等工艺条件下对Si纳米线进行了Tb掺杂。最后,对Si(100)衬底进行了Tb掺杂对比。室温下,利用荧光分光光度计(Hitachi F-4600) 测试了Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性。实验研究了不同掺杂工艺参数(温度、时间和N₂气流量)对Tb3+绿光发射的影响。根据Tb3+能级结构和跃迁特性对样品的发射光谱进行了分析。结果表明,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、时间为30 min等条件下制备的Si纳米线为掺杂基质,Tb掺杂温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 000 sccm、光激发波长为243 nm时,获得了最强荧光发射,其波长为554 nm(5D₄→7F₅),同时还出现强度相对较弱的494 nm(5D₄→7F₆),593 nm(5D₄→7F₄)和628 nm(5D₄→7F₃)三条谱带。Tb掺杂的体Si衬底在波长554 nm处仅有极其微弱的光致发光峰。     

不同气氛下SiOx纳米线的制备及形貌、红外、光致发光研究

以N₂/H₂、N₂或NH₃为载气,利用碳辅助化学气相沉积法,常压1140℃下在石英衬底上制备了大量直径为20—300 nm,长数百微米的非晶SiO_x纳米线.制备得到的纳米线具有高度定向生长的特性.利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜及电子能谱对SiO_x纳米线的形貌及组分进行了分析,Si与O原子之比为1∶18.傅里叶红外吸收谱显示了非晶氧化硅的三个特征峰（482,806和1095 cm^-1）及1132 cm^-1无序氧化硅结构的强吸收峰.SiO_x纳米线光致发光光谱（PL）在440 nm（283 eV）处具有较强的荧光峰;N₂为载气生长的SiO_x纳米线的PL峰强比NH₃为载气生长的SiO_x纳米线峰强大四个数量级. 关键词： x纳米线')" href="#">SiO_x纳米线 碳辅助化学气相沉积法 傅里叶红外吸收 光致发光     

SiO2纳米线簇、C-Si-O纳米球的制备及形貌、红外光谱和光致发光光谱研究

以二茂铁和硅油作为催化剂和原料,利用高温裂解硅油为C,Si,O源,在常压N₂和H₂混合气氛的化学气相沉积管式炉中制备了大量直径为5—40 nm、长数百纳米的非晶SiO₂纳米线簇及粒径为100—300 nm的C-Si-O实心纳米球. 利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜对产物形貌进行表征.Fourier红外吸收谱显示出非晶SiO₂所具有的474,802和1100 cm^-1三个特征峰;SiO₂纳米线簇的光致发光光谱具有较强440 nm蓝光发光峰;而C-Si-O（原子数之比为1.13∶1∶2.35）纳米球具有奇特的红绿蓝（625,540,466 nm）三色光致发光谱. 关键词： 2纳米线簇')" href="#">SiO₂纳米线簇 C-Si-O纳米球 高温裂解 Fourier红外谱     

超小晶粒锡掺杂CsPbBr3蓝光量子点的合成及其光学性能研究

近年来,铅卤钙钛矿CsPbX₃ (X=Cl,Br或I)因其具有荧光波段可调、荧光量子产率高(Photoluminescence quantum yield,PLQY)以及荧光半峰宽窄等优点而被广泛应用于光电器件领域.然而,与PLQY接近于100%的绿光和红光相比,蓝光卤素钙钛矿的PLQY仍比较低.在此,采用过饱和结晶的方法在室温下合成了粒径低于4 nm的超小晶粒锡(Sn)掺杂CsPbBr₃量子点,并对其结构特性和光学特性进行了研究.结果表明:随着SnBr₂添加量的增大,量子点晶粒的粒径略微减小,荧光发射峰发生蓝移,粒径由3.33 nm (SnBr₂为0.03 mmol)减小到2.23 nm(SnBr₂为0.06 mmol时),对应的荧光发射峰由490 nm蓝移至472 nm.当SnBr₂添加量为0.05 mmol时合成的超小晶粒锡掺杂CsPbBr₃量子点显示出最优的光学性能,其粒径约为2.91 nm,对应的XRD各晶面衍射峰强度最强,...     

Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性

采用水热法成功制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaYF₄和LiYF₄微米晶体. 通过X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜对样品的晶体结构及形貌进行表征. 实验结果表明: 六方相NaYF₄微米晶体为棒状结构, 而四方相LiYF₄微米晶体则为八面体结构. 在近红外光980 nm激发下, NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺和LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺ 微米晶体均展现出很强上转换荧光发射. 且NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的荧光发射强度大约是LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的2倍, 但红绿比明显较低. 根据荧光光谱, 并借助激光光谱学及发光动力学深入探讨基质变化及表面修饰剂乙二胺四乙二酸(EDTA)对荧光特性的影响. 实验结果发现: 影响荧光强度的主要因素是基质环境的局域对称性, 而导致不同红绿比则是由于样品表面较多的EDTA分子所引起. Er³⁺掺杂的NaYF₄和LiYF₄ 微米晶体呈现出很强的绿光发射可被应用于全色显示, 荧光粉和微光电子器件中.     

Eu3+掺杂CaMoO4微米荧光粉发光性质的研究

运用化学沉淀的方法合成了不同Eu³⁺掺杂浓度CaMoO₄微米荧光粉样品, 详细研究了样品的光致发光性质. 研究表明: CaMoO₄: Eu可以被蓝光或近紫外光有效激发, 实现高色纯度的红光发射; 样品的黄昆因子数值数量级为10^-2, 是一种弱电声耦合材料; 样品中Eu³⁺的跃迁强度参数(Ω₂)随着掺杂浓度的提高而增大, 但量子效率却随着掺杂浓度的提高而减小; 通过对样品发光的浓度猝灭曲线的分析, 确定Eu³⁺的理想掺杂浓度为25%, 并判断出Eu³⁺在CaMoO₄基质中通过交换相互作用实现能量传递. 沉淀法制备的CaMoO₄: Eu微米荧光粉具有发光色纯度好, 制备工艺简单, 耗时较少的优点, 是一种性能优异的红色荧光粉材料.     

ZnO薄膜的掺杂特性

通过MOCVD方法生长的ZnO薄膜一般为富锌生长,呈n型电导,要想得到高阻或低阻p-ZnO薄膜需要对其进行掺杂施主或受主杂质.主要研究在生长过程中通过NH₃对ZnO薄膜进行氮掺杂的情况,利用优化生长条件,即生长温度为610℃,Ar气(携带DEZn)流量为4sccm,O₂流量为120sccm,N₂流量为600sccm,得到在NH₃流量为80sccm时生长样品的结晶质量最高,在掺杂薄膜中NH₃流量高于或低于80sccm时,样品的表面形貌都将变差,只有在80sccm时表面粗糙度最低晶粒最小,表明该流量下获得的样品表面较光滑致密.所以80sccmNH₃流量为在R面蓝宝石上生长<110>取向ZnO薄膜的最佳掺杂流量.Hall测量结果表明,NH₃流量为50sccm的样品电导呈弱p型,电阻率为102Ω·cm,空穴载流子浓度为+1.69×10¹⁶cm^-3,迁移率为3.6cm²·V^-1·s^-1;当NH₃流量增加时样品的电导呈n型,电阻率最高达10⁸Ω·cm,我们认为与进入ZnO薄膜的H的量有关,并对其变化机理进行了详细的分析.     

合成温度和N2/O2流量比对碳纤维衬底上生长的SnO2纳米线形貌及场发射性能影响

采用化学气相沉积法系统研究了合成温度和N₂/O₂流量对生长在碳纤维衬底上的SnO₂纳米线形貌及场发射性能的影响规律. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD)及能谱仪(EDS)对产物细致表征, 结果表明, SnO₂纳米线长径比随反应温度的升高而增大; 随N₂/O₂流量比值的增大先增大后变小, 场发射测试表明, 合成温度780 ℃, N₂/O₂流量比为300 : 3 时SnO₂纳米线阵列具有最佳的场发射性能, 开启电场为1.03 V/μm, 场强增加到1.68 V/μm时, 发射电流密度达0.66 mA/cm², 亮度约2300 cd/m².     

Effects of nitrogen addition on methane-based ECR plasma etching of gallium nitride

The effects of nitrogen addition on methane-based ECR plasma etching of GaN were studied. The etch rate 30 nm/min and r.m.s. roughness 2.6 nm were obtained when the GaN sample was etched by a methane-based gas mixture without N₂. The addition of N₂ gas resulted in a decrease of etch rate and a smoother etched surface. The r.m.s. roughness became less than 0.4 nm even only 1.5 sccm N₂ gas was added to the mixture. In situ XPS measurements showed that, without N₂, heavy N-depletion took place on the etched surface, resulting in appearance of Ga metal on the surface. In contrast, the loss of N was compensated when the N₂ gas was added, and the etched surface approached the stoichiometric one with the increase of N₂ gas flow. This suppression of preferential loss of N was considered to be the main reason that improved the etched surface morphology.     

A simple method to synthesize worm-like AlN nanowires and its field emission studies

The worm-like AlN nanowires are fabricated by the plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) on Si substrates through using Al powder and N₂ as precursors, CaF₂ as fluxing medium, Au as catalyst, respectively. The as-grown worm-like AlN nanowires each have a polycrystalline and hexagonal wurtzite structure. Their diameters are about 300 nm, and the lengths are over 10 μm. The growth mechanism of worm-like AlN nanowires is discussed. Hydrogen plasma plays a very important role in forming the polycrystalline structure and rough surfaces of worm-like AlN nanowires. The worm-like AlN nanowires exhibit an excellent field-emission (FE) property with a low turn-on field of 4.5 V/μm at a current density of 0.01 mA/cm² and low threshold field of 9.9 V/μm at 1 mA/cm². The emission current densities of worm-like AlN nanowires each have a good stability. The enhanced FE properties of worm-like AlN nanowires may be due to their polycrystalline and rough structure with nanosize and high aspect ratio. The excellent FE properties of worm-like AlN nanowires can be explained by a grain boundary conduction mechanism. The results demonstrate that the worm-like AlN nanowires prepared by the proposed simple and the PECVD method possesses the potential applications in photoelectric and field-emission devices.     

改色处理紫红色钻石的光谱学特征及鉴定方法

以市场上销售的国内改色紫红色圆刻面型钻石为研究对象,通过对其光谱学特征进行分析,确定了此类紫红色改色处理钻石的鉴定。样品颜色呈现不同饱和度的紫红色,净水称重法测试比重为3.52,放大观察,样品DR-2与DR-3的部分刻面光泽较弱,显示了未被重新抛光的严重烧蚀区域,石墨化沿内应力断裂明显,其表面可能经过高温高压处理。365nm长波紫外下,均呈现蓝色、橙红色、黄色和绿色混合的白垩状荧光外观,无磷光现象,而天然紫红色钻石为蓝色荧光或无荧光。宽频诱导发光图像仪GV5000深紫外下均呈现橙红色和蓝色混合荧光,无磷光现象。红外光谱中红外区均显示集合体氮相关的A中心和B中心,归类为IaAB型,且具有H1a辐照退火相关的特征峰,红外光谱近红外区均显示H1b,H1c辐照退火相关的特征峰与H₂中心的特征峰。紫外可见近红外分光光度计均显示明显的NV-中心,H₂中心和806 nm吸收峰,400～460和570 nm宽带处反射率的变化分别与N₃中心和NV0中心相关,明显的NV-中心在天然紫红色钻石中极少发现,H₂中心指示可能经过高温高压处理,可见光范围内对红光和蓝光的吸收较弱,所以呈现为紫红色外观。三维荧光光谱和光致发光光谱均显示出N₃,H₃,H₄,NV0, NV-相关的发光中心,N₃贡献蓝色荧光,H₃和H₄贡献黄绿色荧光,NV0与NV-贡献橙红色荧光。综合分析,三颗样品均为天然成因的钻石,后期经过高温高压,辐照,退火等多重处理,其紫红色主要由N₃中心,NV0中心与NV-中心共同贡献。     

近紫外LED用黄色荧光粉Sr3SiO5：Ce3+, Li+的发光特性

采用高温固相法快速降温合成Sr_3-2xSiO₅：xCe³⁺,xLi⁺荧光粉。用X射线衍射仪和荧光分光光度计测试荧光粉的样品结构和发光性能。在1 420 ℃下煅烧得到四方相结构的Sr₃SiO₅：Ce³⁺,Li⁺。样品的激发光谱分布于270~500 nm的波长范围,有两个激发带,峰位分别位于328 nm和410 nm,表明样品可以被近紫外光有效激发。样品的发射光谱分布于420~650 nm,发射峰位于528 nm处。在410 nm左右的近紫外光激发下,宽带发射的峰位于528 nm。Ce³⁺的最佳掺杂量x（Ce³⁺）为0.8%,并且发光强度随掺杂浓度的增加先升高后降低,出现浓度猝灭。根据Dexter能量共振理论,该浓度猝灭的原因是Ce³⁺的电偶极-电偶极相互作用。     

SrCO3:Mn2+绿色荧光粉的合成和发光性能

采用共沉淀法结合高温固相法,在碳还原气氛下合成了SrCO3:Mn2+绿色荧光粉,用XRD和荧光光谱分别对样品的结构和发光性能进行了表征.XRD结果证实,样品为单一斜方晶系的SrCO3相;荧光光谱检测表明,样品在267nm左右紫外线激发下,产生峰位位于547 nm的明亮绿光,对应于Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)...