硅基ZnO纳米棒阵列的室温电抽运随机激光

摘要

II-VI族半导体ZnO由于具有3.37eV的宽直接带隙和高达60meV的激子束缚能，有望成为短波长发光器件的基础材料。ZnO的激光是目前的研究热点之一，自ZnO纳米棒的光抽运激光报道以来，人们投入了很大的热情研究ZnO纳米棒的各种激光现象，随机激光便是其中重要的一种。随机激光器由于不需要常规的谐振腔，因此更有利于缩小器件尺寸，在光电子领域有着诱人的应用前景。要使随机激光器得到实际应用，电抽运是重要的前提之一。对于ZnO纳米棒的随机激光而言，国际上还没有实现电抽运的报道。本文在硅衬底上生长了ZnO纳米棒阵列，在此基础上制备了结构为金属(Au)/绝缘体(SiOx)/半导体(ZnO纳米棒阵列)的MIS器件，实现了ZnO纳米棒阵列的室温电抽运随机激光。本文取得如下主要结果：
　　 采用籽晶辅助化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒阵列，即：采用直流反应磁控溅射法制备C轴取向的ZnO薄膜，以此作为籽晶层，利用化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒阵列。研究表明，为了获得垂直取向、高度均匀的ZnO纳米棒阵列，需要满足以下条件：(1)作为籽晶层的ZnO薄膜需要在较高的温度(如：300℃)下沉积，以保证薄膜中的晶粒得到良好的晶化，这对ZnO纳米棒阵列沿垂直于衬底的方向生长非常重要；(2)需要在足够高的水浴温度(如：90℃)生长，以保证纳米棒良好的结晶性；(3)化学水浴的前躯体溶液中的Zn源浓度需足够高(如：0.03M)，以保证纳米棒高度的均匀性。此外，后续700

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第1章前言

第2章文献综述

§2.1引 言

§2.2 ZnO的基本性质

2.2.1 ZnO的晶体结构和能带结构

2.2.2 ZnO的电学性能

2.2.3光学性能

2.2.4其他性能

§2.3光抽运ZnO紫外激光器

2.3.1 ZnO纳米微晶薄膜的激光发射

2.3.2 ZnO纳米棒(线)的激光发射

§2.4电抽运ZnO紫外激光器

§2.5 ZnO纳米棒(线)的制备方法

2.5.1气相法制备ZnO纳米棒(线)

2.5.2液相法制备ZnO纳米棒(线)

2.5.3制备ZnO纳米棒阵列的方法

2.5.4制备方法小结

§2.6小结

第3章实验设备及样品准备

§3.1生长设备

3.1.1 ZnO薄膜制备——磁控溅射

3.1.2 ZnO纳米棒阵列制备装置

3.1.3常规热处理炉

§3.2样品表征与测试设备

3.2.1晶体结构与形貌表征仪器

3.2.2光学性能测试设备

3.2.3薄膜厚度和折射率测试设备——椭偏光谱仪

§3.3样品准备

第4章硅基ZnO纳米棒阵列和器件制备及表征

§4.1引言

§4.2实验

§4.3 ZnO纳米棒阵列的制备工艺及表征

4.3.1 ZnO纳米棒阵列生长的概况

4.3.2不同温度下沉积的ZnO薄膜籽晶对ZnO纳米棒阵列生长的影响

4.3.3水浴温度对ZnO纳米棒阵列生长的影响

4.3.4水浴前驱体溶液中Zn源初始浓度对ZnO纳米棒阵列生长的影响

4.3.5不同生长时间对ZnO纳米棒阵列形貌的影响

4.3.6籽晶热处理对ZnO纳米棒阵列形貌的影响

4.3.7 ZnO纳米棒阵列热处理前后的比较

4.3.8补充说明

4.3.9小结

§4.4溶胶-凝胶法制备绝缘层的折射率

§4.5溅射法制备Au电极

§4.6本章小结

第5章硅基ZnO纳米棒阵列的室温电抽运紫外随机激光

§5.1引言

§5.2硅基ZnO纳米棒阵列MIS器件制备

§5.3硅基ZnO纳米棒阵列的室温电抽运随机激光概况

5.3.1硅基ZnO纳米棒阵列MIS器件激光特性

5.3.2 ZnO纳米棒阵列MIS器件随机激光发光的机理

§5.4不同工艺条件下制备ZnO纳米棒阵列的MIS器件的随机激光特性

5.4.1不同温度下沉积的ZnO薄膜籽晶对MIS器件的影响

5.4.2水浴前驱体溶液中Zn源初始浓度对MIS器件的影响

5.4.3 ITO作正面电极对MIS器件的影响

5.4.4热处理工艺对MIS器件的影响

§5.5 ZnO纳米棒阵列的MIS器件的寿命研究

§5.6本章小结

第6章总结

参考文献

攻读硕士期间发表(提交)的论文