微納米氧化鎂晶體的發(fā)光特性及應用.pdf

1、氧化鎂(MgO)是一種Ⅱ-V族化合物，其室溫下禁帶寬度約為7.6 eV，在地殼分布廣泛，具有激子束縛能高(80 meV)、無毒、成本低、耐高低溫、抗腐蝕性、良好的導熱性和光學性能等優(yōu)點。隨著納米技術的發(fā)展，微納米MgO晶體在光學、催化、磁性、力學、化工等方面具有重要應用價值。如近幾年研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)亞微米MgO晶體對等離子體顯示器(PDP)的性能有顯著改善作用，并已迅速廣泛使用在PDP生產(chǎn)中，但是對亞微米MgO晶體對PDP性能提高的物理機制

2、仍然沒有得到完善解釋。微納米MgO晶體相比于傳統(tǒng)的體MgO晶體，表面存在更多的頂點、邊角、彎折、臺階，以及交界面，使其具有一些特殊的性質。因此，對于微納米MgO晶體的紫外和可見發(fā)光特性、以及其中激子的作用和原理問題的研究，在納米科學和光電子器件急速發(fā)展的時期顯得尤為重要。
　　本論文通過大量實驗結果及分析，研究微納米尺度的MgO晶體在5.3 eV附近的紫外發(fā)光特性與外逸電子發(fā)射特性的內(nèi)在聯(lián)系。通過掃描電子顯微鏡(SEM)配合陰極發(fā)

3、光(CL)光譜和陰極發(fā)光圖像手段，從CL特性上對微納米MgO晶體進行表征。并通過國家同步輻射實驗室和北京同步輻射裝置，從低溫16-20 K到室溫的變溫測試，利用真空紫外光研究對微納米MgO晶體以及MgO薄膜的光致發(fā)光(PL)特性。通過微納米未摻雜MgO、MgO∶F、MgO∶Si、MgO∶Sc和MgCaO晶體的紫外發(fā)光特性研究，對其中自由激子的產(chǎn)生、傳輸，以及表面自陷激子復合發(fā)光的機理進行了深入研究和解釋。
　　通過對實驗數(shù)據(jù)的分析

4、得出，微納米MgO晶體在室溫下5.3 eV附近的紫外發(fā)光，主要源自于V中心鎂空位缺陷發(fā)光;而低溫下表現(xiàn)出的5.7 eV附近的紫外發(fā)光源于表面自陷激子發(fā)光，同時兩者都跟三重態(tài)激子的能量轉移密切相關。微納米MgO晶體中6C體激子，并沒有對F中心寬波段發(fā)光起到作用。闡述了激子傳輸有兩條不同路徑，分別為6C體激子在7.7 eV被激發(fā)，然后V中心或者傳輸?shù)奖砻?，發(fā)出5.3 eV以及5.76-5.85 eV的紫外光;室溫和低溫下，表面激子都可以被5

5、.7 eV直接激發(fā)，然后可能沿著邊傳輸?shù)浇?，發(fā)出400-500 nm的寬波段可見光。
　　在發(fā)光機理研究基礎上，本論文對亞微米尺度的MgO晶體對提高PDP性能的物理機制問題，進行了理論解釋和應用研究。亞微米MgO晶體中，由于表面自陷激子源于三重激發(fā)態(tài)，相對壽命較長，通過無輻射躍遷的俄歇過程發(fā)射電子的可能性較大。因此認為產(chǎn)生表面自陷激子的三重態(tài)激子對MgO晶體外逸電子發(fā)射有重要作用。微納米MgO發(fā)射的外逸電子因為有較長的衰減時間，在

6、PDP中作為引發(fā)電子，使統(tǒng)計響應時間縮短，對提高PDP性能具有重要意義。在通過在SMPDP的MgO薄膜表面上制備亞微米MgO晶體，實驗上驗證了亞微米MgO晶體對PDP性能的改善作用。
　　本論文進而對納米MgO晶體作為殼層應用于ZnO-MgO核殼量子點進行了理論和實驗的研究，包括ZnO-MgO核殼量子點薄膜及其發(fā)光器件的應用。包覆的納米MgO殼層形成了ZnO和MgO能級間的量子阱結構，提高電子和空穴在ZnO核復合發(fā)光幾率。通過控制

7、原材料濃度、溶液溫度、時間等條件，優(yōu)化生長ZnO-MgO核殼結構的量子點材料。借助采用UV-VIS分光光度計、熒光光譜儀、TEM透射電鏡、AFM原子力顯微鏡、以及X射線衍射(XRD)特性等表征手段，分析其納米顆粒尺寸、核和殼的厚度、由量子效應引起的禁帶寬度變化、晶體缺陷能級和表面能級。溶液法ZnO-MgO核殼量子點發(fā)光器件的應用研究表明，基于MgO和ZnO氧化物寬禁帶半導體量子點在固體紫外發(fā)光器件應用方面有重要前景。
　　終上所述