氧化锡纳米晶及其掺铜薄膜的结构和光学性质研究

摘要

SnO2作为一种新型的n 型直接宽禁带氧化物半导体功能材料，由于其特殊的物理与化学性能，在很多领域具有广阔的应用前景。本文以水热法制备的氧化锡纳米晶和溶胶-凝胶法制备的氧化锡及其铜掺杂纳米薄膜为研究对象，采用X射线衍射、高分率电镜、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱等手段，研究了其制备生长、结构特性以及光学特性。研究工作的主要成果如下：
　　 1.水热法制备的氧化锡纳米晶生长机制及光学性质在热处理过程中，晶粒生长存在两个阶段：500oC 以下晶粒依靠吸收周围非晶成分长大，所需激活能只有7.3kJ/mol，晶粒生长速度缓慢，并且晶粒不存在晶格缺陷。随着热处理温度的提高，晶粒以相近纳米晶相互熔合的方式长大，晶粒生长所需激活能较大，达到19kJ/mol，晶粒生长速度迅速，生长时的不完全取向粘结形成了位错。
　　 不同粒径的氧化锡纳米颗粒的拉曼光谱显示A1g(633cm-1)随晶粒尺寸减小而向低波数移动和谱峰不对称展宽的现象，归因于声子限制效应，理论计算与实验数据吻合。
　　 样品紫外-可见吸收光谱的吸收边随粒径减小有明显的蓝移。这种蓝移归因于量子限制效应。在325nm 波长的激光激发下，氧化锡纳米晶在可见光区520nm处发光，且随着颗粒的尺寸的减小，其发光强度增强，来源于表面缺陷。
　　 2.溶胶-凝胶法制备的氧化锡纳米薄膜及其铜掺杂薄膜薄膜样品的X 射线衍射图谱和高分辨电镜表明，500oC 热处理后的纳米薄膜已经结晶，薄膜厚度为90nm。铜的掺入并没有改变氧化锡的晶体结构，薄膜样品仍为金红石结构。
　　 利用紫外-可见光谱仪对薄膜的反射率进行测试，发现氧化锡及其掺铜薄膜对280nm的紫外光有很强的反射。在乙醇的气氛中，氧化锡及其掺铜纳米薄膜的反射率出现降低，气敏特性并不明显。研究了氧化锡及掺铜发光光谱，主发光峰在420nm 左右，随着掺杂量的增加，其发光强度逐渐减小。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第二章SnO2纳米晶的结构和光学性质

第三章SnO2及其掺Cu薄膜的制备与性质研究

第四章结语与展望

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果