纳米微晶结构ZnO及其紫外激光

本介绍了的年来研制Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器的一个新的途径——ZnO的纳米微晶结构。它分为两大类别：即六角柱形蜂巢状结构和粉末状颗粒结构。都已在近紫外波段实现了室温下光泵激发的受激发射,它将是继Ⅱ-Ⅵ族硒化物和Ⅲ-Ⅳ氮化物之后的新型半导体激光器材料。     

纳米微晶材料的结构和性质

纳米微晶材料是纳米量级晶粒所构成的多晶物质,其晶界区域中存在与长程有序晶态和短程有序非晶态结构不相同的“气体状”的结构。本文讨论了纳米微晶材料的制备方法、结构特点和奇异性质及其在材料科学中的应用。     

液相激光烧蚀合成ZnO及Zn/ZnO纳米颗粒及其光致发光性能

利用532 nm脉冲激光对沉浸在去离子水及十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中的金属锌靶进行液相激光烧蚀,合成了ZnO纳米颗粒和Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子. 应用X射线衍射仪,透射电子显微镜,紫外可见光分光光度计和荧光光度计表征产物的微观结构和光学性能,并探讨其形成机理. 结果表明:在去离子水中分别烧蚀2 h和4 h生成的ZnO纳米粒子的平均粒径分别为43 nm和19 nm. 激光的长时间作用可以使纳米粒子粒径减小. 在0.005 mol/L的SDS水溶液中合成了Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子,这是由于S 关键词： 脉冲激光烧蚀 ZnO纳米粒子 核壳结构 光致发光     

纳米结构ZnO晶体薄膜室温紫外激光发射

文章综述了纳米结构的氧化锌半导体薄膜在室温下自由激子的自发辐射以及由自由激子引起的受激发射的特性，阐述了在不同激发密度下室温紫外受激发射的机理．纳米结构氧化锌半导体薄膜是用激光分子束外延(L-MBE)技术生长在蓝宝石衬底上的．薄膜由密集而规则排列的纳米尺度的六角柱组成．这些纳米六角柱起着限制激子运动的作用，激子的量子尺寸效应，使激子的跃迁振子强度大幅度增强．同时六角柱之间的晶面组成了一个天然的激光谐振腔．室温下用三倍频的YAG脉冲激光激发，可从这些纳米结构的氧化锌薄膜中观测到很强的紫外激光发射．研究发现，在中等激发密度下，紫外受激发射是由于激子与激子间碰撞而引起的辐射复合．在高密度激发条件下，由于激子趋于离化，紫外受激发射主要由电子-空穴等离子体的辐射复合引起．由于纳米结构中激子的跃迁振子增强效应，在室温下测量到的光学增益高达320cm^-1，这比在同样条件下测量到的块状氧化锌晶体的光学增益要高一个量级以上．与传统的电子-空穴等离子体激光辐射相比，激子引起的受激发射可在较低的激发密度条件下实现．这在实际应用上很有价值．     

纳米ZnO粉末中随机激光现象

实验采用三倍频Nd:YAG(波长355 nm，脉宽8ns，频率30Hz) 脉冲激光器作为抽运光源，在ZnO纳米粉末(直径～100 nm)中发现了类似激光现象.并用环形腔理论模拟了ZnO的颗粒密度对平均自由程的影响，从理论上证明在纳秒级激光器的抽运下，ZnO纳米粉末也可以发射激光. 关键词： 类似激光 ZnO纳米粉末 平均自由程     

不同烧蚀条件下飞秒激光脉冲诱导ZnO纳米结构研究

烧蚀条件对飞秒激光脉冲诱导氧化锌纳米结构有重要影响.研究了800 nm,150 fs,250 kHz的飞秒激光脉冲分别在空气中,去离子水中以及无水乙醇中垂直聚焦于氧化锌晶体表面,诱导形成不同形态的纳米结构.实验结果表明,在空气中利用飞秒激光脉冲辐照样品表面,形成了周期为180 nm的纳米线;在去离子水中辐照诱导形成了由氧化锌纳米线聚集而成的"纳米球";在无水乙醇中形成出现分叉结构的纳米线.拉曼光谱分析辐照前后晶体晶相结果表明,形成的纳米结构相对于辐照前特征峰437 cm-1强度有所下降,在570 cm-1处的峰值则显著增强.分析了在各种烧蚀条件下诱导形成纳米结构的演化过程以及物理机理.     

ZnO纳米墙的电化学沉积法制备及紫外探测性能分析

以硝酸锌水溶液作为电沉积液,采用电化学沉积法制备了氧化锌(ZnO)纳米墙,研究了沉积电压对其表面形貌、晶体结构、拉曼光谱、光致发光谱、透过率以及紫外探测性能的影响.实验结果表明,该方法制备的ZnO纳米墙的均匀性较好,具有纤锌矿结构,沿(002)晶面择优生长,有较明显的E2(high)模峰,在394 nm处有较强烈的紫外...     

生长温度对MOCVD外延ZnO纳米结构的影响

为了探究生长温度对外延ZnO纳米结构的影响,得到ZnO纳米结构可控生长的生长温度条件。利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法,设计并获得了不同生长温度的ZnO外延样品,并对所有样品进行了表面形貌、光学特性、电学特性表征和结晶质量表征。实验结果表明:600℃生长的ZnO纳米柱横向尺寸最小,为65 nm左右,其光学特性也相对较好,晶体衍射峰的半峰宽最小,为0.165°,晶粒尺寸最大,为47.6 nm;电学性质相对最优的为640℃生长的ZnO样品,霍尔迁移率高达23.5 cm²/（V·s）。通过结果分析发现,生长温度能影响外延ZnO的生长模式,从而影响ZnO的形貌、光学、电学和晶体质量等特性。     

MSM结构ZnO紫外探测器的制备与性质

采用射频磁控溅射在石英衬底上制备了c轴择优取向的ZnO薄膜,利用蚀刻技术制备了MSM结构的光导型紫外探测器。在3V偏压下,器件的暗电流小于250nA,光响应峰值在370nm,响应度是0.34A/W。其紫外(360nm)与可见光(420nm)的抑制比为4个数量级。器件的光响应时间上沿仅为20ns。     

退火处理对ZnO纳米线紫外探测器性能的改善

通过介电泳方法定向排列了ZnO纳米线,制作了自组装有序的纳米线紫外探测器.为了适合在金叉指电极上排列,用水热方法设计生长了超长的ZnO纳米线,并通过700℃的热退火处理,使得可利用的表面缺陷增多.通过研究器件的光致发光光谱和光响应,发现光、暗电流比和响应恢复时间有显著提高,并分析了其中可能的机理.     

背入射Au/ZnO/Al结构肖特基紫外探测器

设计制作了一种Au/ZnO/Al结构的紫外探测器,光的入射方式采用背入射式。ZnO薄膜是用磁控溅射在蓝宝石衬底上制备的。I-V测试表明:Au与ZnO形成了肖特基接触。得到探测器的光响应峰值在352nm,截止边为382nm,可见抑制比达一个量级。由于该探测器是一种垂直结构器件,对于进一步实现ZnO紫外探测器阵列及单光子探测有很好的研究价值。     

岩盐型ZnO纳米微粒的光电子发射结构

报道了岩盐型氧化锌纳米微粒的X射线光电子发射结构,发现其中3d电子的强烈成键作用,还存在着3d-4sp杂化和离域电子弛豫态的贡献,表现出与纤锌矿型明显的差异. 关键词：     

ZnO薄膜的激光辐照效应研究

研究了KrF准分子激光辐照对ZnO薄膜的本征缺陷.紫外（UV）发光以及表面形貌的影响,并对室温下ZnO的UV发射机理进行了详细探讨.结果表明激光辐照打断了薄膜内Zn—O键,氧空位（锌填隙）增多,导致表面电阻率下降,载流子浓度升高,调节激光辐照能量密度,可在较大范围内调控ZnO薄膜中的施主缺陷浓度;同时在激光热效应作用下,薄膜晶粒熔融长大,表面粗糙度大大降低;室温下ZnO薄膜的UV发光包括自由激子复合发光（FX）及其声子伴线（FX-LO）,缺陷浓度决定了FX与FX-LO的相对强度比,进而影响UV发射峰的强度以及位置.因此,激光辐照可以快速、有效地对ZnO薄膜内的缺陷浓度进行调控,从而控制其室温下的UV发射强度,这对于提高ZnO基光电器件的性能具有重要意义. 关键词： ZnO薄膜 激光辐照 紫外发光 缺陷浓度     

ZnO薄膜的激光辐照效应研究

研究了KrF准分子激光辐照对ZnO薄膜的本征缺陷.紫外（UV）发光以及表面形貌的影响,并对室温下ZnO的UV发射机理进行了详细探讨.结果表明激光辐照打断了薄膜内Zn—O键,氧空位（锌填隙）增多,导致表面电阻率下降,载流子浓度升高,调节激光辐照能量密度,可在较大范围内调控ZnO薄膜中的施主缺陷浓度;同时在激光热效应作用下,薄膜晶粒熔融长大,表面粗糙度大大降低;室温下ZnO薄膜的UV发光包括自由激子复合发光（FX）及其声子伴线（FX-LO）,缺陷浓度决定了FX与FX-LO的相对强度比,进而影响UV发射峰的强度以及位置.因此,激光辐照可以快速、有效地对ZnO薄膜内的缺陷浓度进行调控,从而控制其室温下的UV发射强度,这对于提高ZnO基光电器件的性能具有重要意义.     

飞秒激光诱导ZnO :Al薄膜周期结构及其光致发光特性

利用单束800 run飞秒激光在掺杂了Al的ZnO薄膜中制备了纳米周期条纹结构.研究了不同能流密度的飞秒激光在照射不同的时间后,表面纳米周期结构的变化规律及其形成机制.利用He-Ge激光器作为激发光源,研究了ZnO:Al薄膜的光致发光特性及其与纳米周期结构的关系.结果表明,近带隙发光增强的主要原因是800 nm飞秒激光...     

PLD方法制备的ZnO纳米柱结构及光学特性

采用无催化脉冲激光沉积(PLD)方法,在InP(100)衬底上生长纳米ZnO柱状结构。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及光致发光(PL)谱等表征手段对ZnO纳米柱的形貌、晶体结构和光学特性进行了观察。SEM图像观察到ZnO纳米柱状结构具有一定的取向性;XRD测试在2θ=34.10°处观测到强的ZnO(002)衍射峰,证实ZnO纳米柱具有较好的c轴择优取向;室温PL谱在379nm处观察到了强的自由激子发射峰(半峰全宽为19nm),未探测到深能级跃迁发射峰,表明生长的纳米ZnO结构具有很高的光学质量。     

ZnO一维纳米线及其异质结构的外延生长

一维纳米结构因其优异的光、电特性，在纳米电子学，光电子学器件等方面有重要的应用价值而倍受关注．在一维半导体纳米材料中，ZnO因激子束缚能大（60meV），可在室温获得高效的紫外发光而成为近年来继GaN材料后的又一研究热点．外延生长一维纳米结构ZnO及其量子阱材料除因量子尺寸效应更适宜做室温紫外发光、激光材料与器件外，还因界面和量子限制效应而具有许多新奇的光、电、和力学特性，可应用于纳米光电子学器件，传感器及存储器件，纳米尺度共振隧道结型器件和场效应晶体管的研制和开发．文章着重介绍了目前ZnO一维纳米结构制备，一维ZnO纳米异质结构和一维ZnO／Zn1-xMgxO多量子阱结构的外延生长和研究进展．     

ZnO纳米带外延树枝状锯齿形缺口结构的制备及其发光特性

应用气固生长方式在没有催化剂的情况下合成出一种新奇的ZnO纳米结构．通过透射电子显微镜分析，发现这种ZnO纳米带外延晶枝直径约20 nm，在[0001]方向有着良好的外延生长取向．提出了一个模型来解释这种树枝状锯齿结构的生长．室温下光致发光测量表明这种ZnO纳米结构在382、491 nm处有一个紫外发光峰和绿光发光峰．     

Ga掺杂对ZnO纳米结构可见光发射的抑制效应

采用碳热还原反应和原位掺杂的方法制备了不同Ga掺杂浓度的ZnO纳米结构. X射线衍射 显示掺杂纳米结构中为单一的氧化锌纤锌矿结构. 扫描电子显微镜 观测发现随掺杂浓度的增大, 纳米结构的形貌逐渐从纳米六棱柱变为纳米锥.光致发光 和X射线光电子能谱 测量分别发现随着掺杂浓度升高, 纳米结构的可见发光强度和其中空位 氧峰相对强度逐渐减小直至消失, 两者存在很强的相关性. 上述结果为ZnO可见光发射的氧空位机理提供了新的实验证据. 对Ga掺杂抑制纳米结构中氧空位的原因进行了分析.     

ZnO基紫外探测器研究进展

近年来,直接带隙宽禁带半导体ZnO（3.37 eV）以其优越的光电特性而成为紫外探测领域研究中的新热点.文章介绍了不同类型的ZnO基紫外光敏探测器的结构和性能,并对ZnO基紫外光敏探测器的最新研究进展和应用前景进行探讨和展望.