金属表面等离激元增强ZnO基薄膜及多量子阱发光

【摘要】ZnO具有较大的禁带宽度及激子束缚能,有望成为一种可靠的新型发光材料。对ZnO禁带宽度进行有效调控及提高ZnO基材料的发光效率,是促进ZnO在光电领域应用的必要条件。目前,利用金属表面等离激元增强半导体材料的发光性质已经成为一个新的研究热点。基于上述几点,本文分别以ZnO、ZnCdO薄膜和ZnO/ZnMgO多量子阱为研究对象,利用金属表面等离激元增强其带边发光,并对发光增强机理进行了深入探究。主要工作内容如下：利用脉冲激光沉积方法制备ZnO和ZnCdO薄膜。通过一系列手段对其进行结晶性质、化学成分及发光性能表征。生长的ZnO及ZnCdO薄膜有明显的带边发光,且缺陷发光受到抑制,表现出较好的结晶质量。通过掺入适量的Cd元素,有效地调控了ZnO的发光峰位。利用电子束蒸发方法制备金属薄膜并对其表面等离激元特性进行了探索。结合快速热退火工艺,利用反浸润法制备形成A1纳米颗粒。利用电子束蒸发结合标准光刻工艺制备金属有序微米阵列。同时,我们还利用聚苯乙烯(PS)球模板结合电子束蒸发工艺制备金属纳米阵列,实现了对金属阵列纳米尺寸的有效调控。利用反浸润法制备Al纳米颗粒,分别实现了ZnO薄膜和ZnO/ZnMgO多量子阱室温下7倍和1.5倍的室温PL增强效果。探究了金属厚度对发光增强的影响,通过SEM、XPS及变温PL测试,探究了发光增强的机理。探究了采用新型ZnCdO/Metal/Substrate结构来增强ZnCdO材料发光性能的方法,并使ZnCdO的发光强度在Ag薄膜和微米图形化阵列的情况下分别增强了7.1倍和21.2倍。实验证明,通过在ZnO和衬底间插入金属层,能更好地避免金属对光的反射作用及金属阵列制备阶段对发光薄膜的破坏,从而实现更高倍数的发光增强。
【作者】宋世燕；
【导师】何海平；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】金属表面等离激元；ZnO；ZnCdO；多量子阱；聚苯乙烯球模板；金属纳米阵列；光致发光；

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