宽带隙氧化镓纳米带的制备、光学特性及各向异性的研究

论文摘要

低维半导体纳米材料,如纳米管、纳米线、纳米带等,以其特殊的物理和化学性质以及在纳米器件、光电子器件、微传感器等多方面潜在的应用前景,己成为纳米科技研究的热点。其中,半导体低维结构因其具有丰富有趣的物理内容和光电功能器件应用的前景而备受瞩目。目前国内外对低维纳米材料的研究如火如荼,主要集中在两个方面：如何运用简单有效的方法制备低维纳米材料；对低维纳米材料基本特性测试,如光学特性、输运特性等。本文利用多维分辨的光谱实验手段（空间,时间,自旋分辨）对准二维β-Ga2O3内米带进行了光学性质的研究,主要内容包括三个部分：第一部分,运用碳热还原法制备了氧化镓带状纳米材料。这部分主要工作是在没有催化剂的条件下利用镓作为生长源,制备出长为几百个微米,宽为几个微米,厚度为100-200 nm的超大β-Ga2O3纳米带。通过扫描电子显微镜（SEM）,投射电子显微镜（TEM）,选区电子衍射（SAED）,X射线衍射（XRD）来观察和表征样品的形貌和晶格结构。第二部分,单个β-Ga2O3内米带变温荧光光谱研究。这部分主要内容是利用共焦显微光谱系统测量单个β-Ga2O3纳米带随温度变化的光谱性质。在制备氧化镓纳米带的过程中引入了氧原子缺失和镓原子缺失杂质,而氧原子缺失和镓原子缺失分别为体系引入了电子和空穴,载流子复合发光位置是在410 nm,和520 nm波长范围。对于随温度变化,520 nm的光强相比于410 nm的光强增强的原因是因为410 nm对应的杂质能带掺杂较浅,随温度升高,能带上的载流子更容易和声子相互作用而被激发到导带,使得杂质带上的载流子占据数减少,从而光强相对减弱。本文还讨论了818 nm波长处的近红外光随温度升高而有显著蓝移的物理根源。这是因为随着温度升高载流子分别向导带和价带方向的子能带跃迁,从而使得复合发光的能量增大。第三部分,研究单个β-Ga2O3内米带的偏振拉曼散射光谱。通过改变入射光的偏振性来调制高空间分辨散射谱。我们观察发现,拉曼活性峰随偏振角度周期性变化。我们采用半经典电磁场理论给出这个现象的解释。由于激发光电场在样品内部的自建电场分布是不均匀,沿氧化镓纳米带短轴方向受到“量子尺寸效应”的作用使得电场分布大于沿长轴方向。从而使得拉曼活性峰强度随入射光同β-Ga2O3纳米带长轴火角周期性变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1-1 研究背景和研究动机
• 1-2 本论文的主要内容及其安排
• 第二章 生长制备技术和表征技术
• 2-1 材料生长设备
• 2-2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2-3 X-射线衍射仪（XRD）
• 2-4 透射电子显微镜（TEM）
• 2-5 共焦显微荧光光谱系统
• 2-6 拉曼光谱仪简介和几种常见实验配置
• 第三章 氧化镓纳米带的制备工艺及其表征
• 3-1 低维半导体材料的结构单元及生长机制
• 2O₃纳米结构制备方法及其进展'>3-2 β-Ga₂O₃纳米结构制备方法及其进展
• 2O₃纳米带晶格结构和表征'>3-3 β-Ga₂O₃纳米带晶格结构和表征
• 第四章 氧化镓纳米带的杂质态光谱研究
• 2O₃纳米带变温荧光光谱实验配置'>4-1 β-Ga₂O₃纳米带变温荧光光谱实验配置
• 4-2 单根氧化镓纳米带的变温荧光光谱的实验结果和讨论
• 第五章 氧化镓纳米带电场各向异性研究
• 5-1 拉曼散射理论
• 2O₃纳米带的拉曼光谱及实验分析'>5-2 β-Ga₂O₃纳米带的拉曼光谱及实验分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢