金屬離子注入氧化物材料引起的結構和光學性質變化研究.pdf

1、離子注入因為其多方面優(yōu)勢，在合成納米復合材料方面占有重要地位。鑲嵌在絕緣體中的金屬納米顆?？捎脕砀男园雽w材料的光學特性，從而使其在光學器件方面有重要應用。本論文使用離子注入方法合成了金屬納米顆粒，并研究了金屬離子注入ZnO薄膜的結構和光學特性。同時，使用第一原理方法計算了金屬離子摻雜的ZnO的電子結構和光學特性。本論文的主要研究內容和結果如下：
　　首先，使用能量為45keV、劑量為1×1017/cm2的Cu離子注入到Si3N4

2、/Si和SiO2中，研究了Cu離子注入SiO2的結構特性和光學特性。通過X射線衍射技術分析發(fā)現(xiàn)Cu納米顆粒主要形成了Cu（111）結構。進一步，通過橫斷面透射電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)Cu納米顆粒的平均尺寸為12.84nm。通過紫外-可見-近紅外分光光度計研究發(fā)現(xiàn)Cu納米顆粒在Si3N4/Si和SiO2基底中的表面等離子共振位于565nm和569nm。隨著退火溫度的增加，表面等離子共振分別紅移到了570nm和572nm。同時，研究發(fā)現(xiàn)Cu納米顆粒在

3、Si3N4/Si基底上的發(fā)光峰位于600nm，其發(fā)光量子效率大約為0.001。使用了X光電子能譜研究發(fā)現(xiàn)所有的Cu都是以0價形式出現(xiàn)。我們討論了Cu納米顆粒的發(fā)光機理。
　　其次，分別使用了能量為80keV、劑量為2×1016/cm2的Au離子和能量45keV、劑量為2×1016/cm2、6×1016/cm2和1×1017/cm2的Ag離子注入到ZnO薄膜中。研究了Au和Ag離子注入到ZnO薄膜的結構和光學特性。研究發(fā)現(xiàn)Au離子注

4、入能在ZnO薄膜中形成Au納米晶，隨后觀測到了530nm的新發(fā)光峰。同時，研究發(fā)現(xiàn)所有劑量的Ag離子都在ZnO表面形成了Ag的納米晶，Ag的注入可以有效的增強ZnO的拉曼信號。對于不同劑量而言，高劑量的效果明顯要好于低劑量的效應。在隨后的300-700℃退火過程中，發(fā)現(xiàn)所有的拉曼信號都增強，但6×1016/cm2注入劑量的增強效果最佳。而Ag離子的注入并沒有顯著改變ZnO薄膜的發(fā)光強度。結合我們的結果進行了相關的討論。
　　最后，