一维稀土掺杂氧化锌纳米结构的PLD合成与生长机理研究.doc

中山大学硕士学位论文一维稀土掺杂氧化锌纳米结构的PLD合成与生长机理研究姓名：朱宏干申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：杨国伟20100528 凝聚 态物理朱宏 干本 论文通过脉冲 激 光 沉 积 票 赶 晾 胱 包 括 、 本 论文的 主 要 内 容有以 下三 点 ： 肞 合成 了 篍 擅 紫撸 芯 苛思 饽 芰 慷訸 ： 纳 米线 相貌和 关 键词： 氧 化锌 ， 稀 土 ， 脉冲 激 光 沉 积， 一维 纳 米结构 ： 琱 猌 ： 甇 甌 猌 ： 甌 縟 瑃 学 位 论文使用授 权声 明学位论文作者签 名：朱宏千导师签 名：专 皂书 本 人郑 重 声 明 ：我所提 交 答 辩 的学 位 论文， 是 本 人在 导 师指 导 下 完 成 的成 果 ， 该成 果 属 于 中 山 大学 物 理科 学 与 工程 技 术学院， 受 国家 知识 产权法 保护 。 在 学 期间 与 毕 业 后 以 任 何形 式 公开发 表论文或 申请 专 利， 均须 由导 师作为通 讯 联 系 人， 未 经 导 师的书面 许 可， 本 人不得以 任 何方 式 ， 以 任 何其 它单 位 做 全部和 局部署 名公布 学 位 论文成 果 。 本 人完 全意 识 到 本 声 明 的法 律 责 任 由本人承 担 。 第 一章 导 论 生 长 机 制在 机 制 中 ， 在 高温 的条 件 下 ， 源 物 质 蒸发 ， 然 后 直接 凝 聚到 温 度 较 低 的衬底 上 。 一旦 凝 聚过 程 发 生 ， 由最初 凝 聚的分 子形 成的晶 体将 会 成为后 继凝 聚过 程、 的成核中 心 。 由于各个晶 面的各向 异性， 如 表 面能 、 吸 附 气态物 质 速率 的不 同，通 过 控 制 生 长 条 件 ， 晶 体倾 向 于一维 生 长 。 目 前 ， 对 生 长 的机 制 的理 解 还 不是 很清 楚， 一般 认 为晶 体的一维 生 长 是 自 由能 最小 化 的结果 。 已 经 证 实 ， 在 生 长 硐肓 浇峁 故 纤 锌 矿 最大 筒 粼 昭 稀 土 掺 杂的 篟 一维 纳 米 结构全 色 显 示中 有 着 重要的应 用 。 众所周知， 在 纳 米 半 导 体材料 中 ， 由于电 子被 限制在 极 其有 限的空间中 ， 量 子限域效应 不 可 忽 略 ， 电 子的结构 相 对 于它 们 的宏 观 块体材料 有 很 大 的不 同， 因 而 对 掺 杂到 基 质 材料 中 的稀 土 离 子的发 光 产生 很 大 影响。 同时 稀 土 离 子的发 光 与它 们 所处环 境的晶 体对 称性密 切 相 关， 如 有 两 个锐 利的发 射 峰， 厩 一 。 跃迁 大中 心 的低 对 称性下 ， 弧 跃迁 占主 导 地 位 ， 反之， 则 受 到 抑 制 ， 土 离 子 相 互 作用，补 偿 稀土 离 子 掺入 后 形 成 的 晶 格畸 变。 与稀土 价离 子 电脉冲 激 光 沉 积 法 制备 一维 纳 米结构 本论 文 的 选题背 景和 研究内 容相 沉 积法 铣 蒢 ： 一 维纳米 结构 方面 存 在一 些 困难 。 比 如 ， 湿 化 学向 俊 杂 赑 方法 ， 由 于 其 激 光 脉冲的 能 量 极 高 ， 可 以 轻易地使高 温 难 熔 小， 而 且 容 易操作， 成本更低。 具 体研究内 容 如 下 ：用铣 闪 薢 ： 纳米 线， 研究了 激 光 能 量 密 度 对 合 成的 纳米 线掺 杂 浓度 及形 貌 的影响 ； 研究了 其 光 学 性 能 贤 饪 杉馕展馄 住 庵 路 ；研究了 纳米 线的 生 长 取 向 问 题。稀 土 离 子 之间能 量 转移的 缺 乏。 笙 二 皇 量 笙【 縆 【 緽 甈甌【 縍 琖 瓵 甈甃 琒 【 】 【 】 琗 【 】 【 】 甈瓹 瓹 瓼 猤 甁 ， ：【 】 籏 甋 瓸 ， 【 】 ， 瓹 琓 甈甇 ， 氚萮 珹 ， ： 【 】 瓾 珹 ： 实验 设 备 第 二章 篍 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究 温 ，取 出 样 品 。场 致 发射扫 摘 电 子 显 微 镜型号 一 第 二章 篍 擅紫 叩 腜 合成 及 其机 理 研 究的 位置 有 一 个微 弱的 面衍 射峰，表 明 在 合成 的 过程中 ，衬 底与号 不 同程度 地 向角 度 较 小的 方 向稍微 偏移，样 品 的 偏移更 为 明 显。 衍 射峰向小 第 二章 篍 擅紫 叩 腜 合成 及 其机 理 研 究取 向大 得多，约 。 另外纳 米 线 显 得略 为 扭 曲。把 吩诟呶 峦 嘶 鸫砗 螅 赥 下 可 以 清 晰看到 由 断 椤辭坚 一 窦輖 第 二章 篍 擅紫 叩 腜 合成 及 其机 理 研 究 直 鹞猄 蚐 膆 叵 登摺 ，能 量 转 移示 意 图 ： 、和 为 价带 、 导 带 和 缺 陷态 的 缩 写。 第 二章 篍 擅紫 叩 腜 合成 及 其机 理 研 究 第 二章 篍 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究同 一个衬 底上 也 可以 发现 有 三种不 同 的生长取向 ， 、 【 蚚 】。一没 有 相 关的报 道 。 面 、 婧 面 的面 间距 分 别 为 第 二章 篍 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究导 致了纳米线 不同 的生 长 取 向 。 甁 瓽 ： 瓻 ， 【 縁 珺 【 縉 甈 甃 篍 瓵 甈 甃 【 】 甁 ： 第 二章 篍 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究 瓵 甈 甃 琇 珺 ： 如 甆 第 二章 篢 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究 研 究 中 ， 可 以 发射 明 锐 的蓝 光和 绿 光【 浚 撬 侵票 傅 腪 属 于 多晶 结 构 ，而 且没 有 明 确 指出 的含 量 。 扔 玫 绯粱 票 噶舜 竺 婊 腪 ： 纳 米棒本 章 将描述用 作 为 催 化剂， 利 用 椒 票 噶薢 ： 纳 米针 。在这 种 结 实验 结果 分 析 图 锻 澎 剁蠢 嫩 譬 疑 毽蕊 熏 润 致纳 米针 直 径 迅速缩 减 ，并 且在长 度上 相对 较 短 的主 要 原因。 号 第 三章 篢 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究子 之间缺少能 量 的 转 移。在平坦衬底 上 ， 纳米 针向 上 生长 时， 由于 纳米 针极 其密 集 ， 这 些 纳米 针在生长 的 过程中 互 相 粘 连， 纳米 针的 继续 生长 受 到 抑制 ， 最 终形 成薄膜。 但是， 在微米 球上 的 生长 情 况有 所 不同 。 在微 米 球上 ， 当 纳米 针生长 时， 随着 它 们长 度的 变长 ， 它 们顶 端 之间的 距 离 变 得越来越大， 粘 附 的 几 率 越来越小， 如果 满足生长 条件， 它 们可 以 长 到 相 当 长 的 长 度。 这 里的 微 米 球可 通 过粒 子 的 凝 聚 过程或 激 光 直接 溅射靶 材 产 生。 在 上 ， 微 米 球底 部的 纳米 针互 相 粘 合 ， 最 终形 成层 状 的 薄片。表面 ， 形 成毛 球或 花 朵 形 状 。 在 拢 肊 探测 到 的 含 量， 窕 涞 慕 崧 邸 诓 的 紫外 光 激 发 下 ， 谱 只 观 察 至 近 带 第 三章 篢 擅 紫叩 腜 合 成及 其机 理 研 究 琀 【 縋 【 琇 琓 ， 猺 甋 第 阴章 篋 擅 紫叩 腜 制 备第 四章 篋 擅 装舻 腜 制 备在 这 里，我 们 用 诖蚰 蟮 腟 衬 底 上 制 备 ： 纳 米 棒。 同 实验 方 法 簄擅 啄 擅 装舻 腟 像 第四章篛 擅 紫叩 腜 制 备在打磨 后 和 光 滑 牡 咨 现 票 傅 腪 ： 纳 米 棒分 别 如 图 屯所 示 。 在打磨 后 的 衬 底 上 生 长 的 纳 米 棒表现 出 一 定 程 度 的 有序 ： 如 图 ， 在较大 视 场 下 ， 衬 底 明显 可 划 分 为 几个 区 域， 每 个 区 域的 纳 米 棒大 部 分 向 同一 个研 究 了 颗粒在加热 时 ， 在 第四章篋 擅 紫叩 腜 制 备鼍生 长 在打磨 后 牡 咨 系 腪 ： 纳 米 棒的 治 鋈 缤 所 示 。 纳 米 棒 篇四章篋 擅 紫叩 腜 制 备三很 清楚 ， 但 是， 在这 里 我们 有理 由 认为 这 个 额 外散 射 峰 是由 于 的 掺杂 造 成 的 ，在这 里 ， 我们 测 试 ： 纳 米 棒的 室 温 阴 极发光 谱 和 低温 谱 。谱 测 试 用 激 光 器作 为 激 发光 源 。 米 捧 的 低倍 瘢 驠 角 插 图 是棒中 部 的 电子衍 射 图 右 上 角 的 插 图 是棒头 部篋 擅 装艚 蠮 微 区 散 射 谱 测 试 。 在光 学 显 微 镜 下 ， 我们 选 择 了 样品 上 篋 芗 揖 鹊 那 蜃魑2馐 缘 恪率瞪 希 诮 衧 测 试 时 ，可 以发现 尽 管 篋 擅 装粼 谡 鰏 衬 底 表面 生 长 得相当 均 匀 ， 但 在某 些 较小的 区 域， 可 拉 现 纳 米 棒生 长 得很 稀疏 ， 倾 向 于 形 成 薄 膜。 这 种 情况 是由 丁 打磨 不均匀 造 成的 。 描像： 瓹 庀 瘢 籧 ， 谱 和 谱 第 四章 篋擅 紫叩 腜 制 备 第 四章 篋擅 紫叩 腜 制 备瓹 甅 琙 ： 【 縇 琈 甅 瓻 瓺 甆 ： 第 四章 篋擅 紫叩 腜 制 备緾 珻 甈 甊 【 】 瓵 甈 甃 本 论文 的 主要内容 有以 下三 点：上 形成 的 鞘 筞 ： 纳 米线 产生 多 种