1、直接寬禁帶半導體氧化鋅是最有潛力的光電材料之一,已經(jīng)應用于太陽能電池、發(fā)光二極管、室溫紫外激光器、氣體傳感器、場效應晶體管、壓電二極管等。對氧化鋅進行摻雜可以調(diào)節(jié)其光電性能,因而摻雜氧化鋅納米結構的制備及其性能研究吸引了人們很大的興趣。ZnO室溫下禁帶寬度為3.37 eV,激子束縛能高達60 meV,存在室溫激子,適合于室溫下的紫外激光發(fā)射,可制成短波近紫外發(fā)光和激光器件,提高計算機的存貯密度。而且化學物理性能穩(wěn)定(抗氧化,耐潮,耐高溫

2、等),因而是適合摻雜的好的基質(zhì)材料。而稀土離子由于具有特殊的殼層結構,外面的晶體場被電子層所屏蔽。三價稀土的發(fā)光電子躍遷大多是4f態(tài)間的躍遷。在近紫外、可見和近紅外光的波段內(nèi),稀土離子有許多的特征銳譜線,作為發(fā)光材料的發(fā)光中心是一種比較好的選擇。所以在ZnO光電薄膜材料中摻入稀土離子不僅可以豐富發(fā)光的顏色,而且在光電集成材料和器件中具有重要的基礎研究價值。稀土摻雜的半導體已經(jīng)在活性層方面得到了廣泛應用,如在薄膜電致發(fā)光器件,光電子和陰極

3、射線發(fā)光等器件中。本文制備了摻稀土銪離子的氧化鋅薄膜材料并研究了其結構和發(fā)光性能,獲得了室溫可見區(qū)的光致發(fā)光,探討了發(fā)光過程中稀土與基質(zhì)之間的能量傳遞機制。本文主要工作如下:
　　 一、本文采用高溫固相反應法制備了摻雜Eu3+的ZnO陶瓷靶材。Eu2O3和ZnO粉末通過行星式球磨機研磨均勻混合制成納米量級粉末,然后在30 MPa的壓力下壓制成靶,高溫燒結成陶瓷靶材。高溫固相反應法是發(fā)光材料的一種傳統(tǒng)的合成方法。通過控制反應條件(

4、尤其是焙燒過程中溫度的設定和反應氣氛的選擇等)、還原劑的使用、助熔劑的選擇、原料配制與混合等方面制得了致密度高,質(zhì)量均勻的靶材。
　　 二、采用射頻磁控濺射技術制備了純ZnO和摻銪的ZnO薄膜樣品。濺射技術由于可以大面積生長、成本低廉、薄膜表面平整、成膜均勻以及重復性好等優(yōu)點,已廣泛應用于金屬、半導體和絕緣體薄膜的制備。X射線衍射(XRD)結果表明薄膜樣品c軸擇優(yōu)生長,并且觀測不到其他的雜相。原子力顯微鏡(AFM)照片顯示出樣品

5、成膜均勻性比較好。樣品在320 nm的飛秒脈沖激發(fā)下觀察到了很強的紫外激射。ZnO:Eu薄膜的光致發(fā)光(PL)譜里能觀察到Eu3+的紅光發(fā)光帶,峰位分別為580nm／1,597 nm,618 nm,660 nm,對應著Eu3+的5D0→7FJ(J=0,1,2,3)紅光發(fā)光帶。研究了退火溫度對薄膜質(zhì)量和熒光性能的影響。在襯底溫度為250℃,退火溫度為600℃下生長的ZnO／ZnO:Eu薄膜樣品能得到較好的透射光譜,薄膜質(zhì)量較好。
　

6、　 三、采用溶膠凝膠法在納米孔柱Al2O3模板上制備了ZnO和ZnO:Eu納米線。掃描電子顯微鏡(SEM)圖譜表明.ZnO和ZnO:Eu納米線生長均勻,質(zhì)量較好。樣品在波長為337nm的激光激發(fā)下,觀察到了在385 nm附近的帶狀光致紫外發(fā)光峰,沒有出現(xiàn)因氧空位或間隙鋅等本征缺陷而造成的綠光發(fā)光鋒。摻雜了2％銪離子的氧化鋅納米線的PL譜里,紫外發(fā)光峰發(fā)光強度明顯降低,出現(xiàn)藍移,并且觀測到了銪的紅光發(fā)光峰,表明存在從氧化鋅基質(zhì)到稀土銪離