硫掺杂氧化锌纳米线的制备及性质研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Daniel999
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ZnO是一种重要的宽禁带隙(Eg=3.3eV)半导体材料,它的激子束缚能高达60meV。因此,氧化锌材料在紫外光电器件方面有巨大的应用潜力。近年来在短波长发光器件、光探测器件以及抗辐射、高频和大功率电子器件方面的发展十分迅速。目前,有关氧化锌研究部分主要集中在低维氧化锌纳米材料的制备、紫外激光发射和可见发光机制等方面。首先,本文中我们采用电场辅助电化学沉积法,利用阳极氧化铝模板(AAO),使用0.00166 mol/L的Zn(NO3)2,0.0125 mol/L NaNO3水溶液制备了高度择优取向的ZnO单晶纳米线。X射线衍射仪(XRD)、隧道电子显微镜(TEM)、选取电子衍射(SADE)、X射线光电子能谱(XPS)对所得样品的结构、形貌以及化学组分分析表明,所得纳米线是沿(101)择优取向的六方纤锌矿结构单晶氧化锌纳米线,纳米线长约几十微米、直径约70~120nm。在PL谱中,除了有典型的ZnO纳米线强紫外(UV)发光峰和较弱绿光发光峰外,还有在412~430nm处的新的强蓝光发光峰和在464 nm处的蓝绿光发光峰。在617nm处还有一尖锐的、光强较强的红光发光峰。其次,我们采用相同的制备方法,使用0.00125 mol/L的Zn(NO32,0.0125mol/L Na2S水溶液制备了高度择优取向的硫掺杂ZnO单晶纳米线。XRD、TEM、SADE对所得样品的结构、形貌分析表明,所得纳米线S掺杂前后纳米线直径没有明显的变化,约70~120 nm,长度约几到几十个微米;掺杂前纳米线较光滑,S掺杂后在一些局部区域ZnO纳米线的直径有了一定的增加。XPS对化学组成的分析进一步证实掺杂硫原子的存在。用PL谱对S掺杂前后的ZnO纳米线进行光学特性测量发现,S掺杂较大地改变了ZnO纳米线的发光性质。除了有典型的ZnO纳米线在378、392nm处的强紫外发光峰和在507、533 nm处的较弱绿光发光峰外,还有在406、420、434nm处的新的强蓝光发光峰和在456 nm处的蓝绿光发光峰。与ZnO纳米线光致发光谱相比,在617nm处尖锐的、光强较强的红光发光峰消失。最后,研究了ZnO纳米线发光机制及硫掺杂对ZnO纳米线发光性质的影响。对比发现,当S取代ZnO中O的位置,近带边发射(NBE)会产生的蓝移,且光强增大。深能级发射强度稍有降低。近带边与深能级发射强度之比增大,说明带边本征紫外发射并没有由于硫掺杂而被抑制。
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