氧化锌和氧化硅纳米薄膜材料的微结构和光学特性基本信息

书名:氧化锌和氧化硅纳米薄膜材料的微结构和光学特性

书号:978-7-118-10495-0

作者:陈海霞、丁继军

出版时间:2015年9月

译者:

版次:1版1次

开本:32

装帧:平装

出版:基金

页数:252

字数:258

中图分类:TB383

丛书名:西安石油大学优秀学术著作出版基金资助出版

定价:48.00

第1章绪论1

1.1纳米材料概述1

1.2纳米材料的制备方法2

1.2.1磁控溅射法2

1.2.2化学气相沉积法5

1.2.3金属有机化学气相沉积5

1.2.4分子束外延法6

1.2.5溶胶-凝胶法7

1.2.6脉冲激光沉积法8

1.2.7喷雾热分解法9

1.3纳米材料的表征方法9

1.3.1X射线衍射10

1.3.2扫描隧道显微镜11

1.3.3原子力显微镜13

1.3.4扫描电子显微镜14

1.3.5透射电子显微镜15

1.3.6场发射电子显微镜15

1.3.7椭圆偏振光谱仪15

1.3.8二次离子质谱探针16

1.3.9透射谱和吸收谱16

1.3.10拉曼光谱17

1.3.11红外光谱测试仪18

1.3.12光致发光谱19

1.3.13光致激发谱20

1.3.14荧光寿命光谱20

1.3.15发光量子产率20

1.3.16发光强度20

1.3.17X射线光电子能谱仪(XPS) 21

1.3.18俄歇电子能谱仪21

1.3.19伏安特性22

1.3.20场发射特性22

1.3.21穆斯堡尔谱26

1.3.22方块电阻27

1.4纳米材料的理论模拟方法28

1.4.1量子化学法 29

1.4.2分子动力法 29

1.4.3Monte Carlo法30

1.5纳米材料结构中的缺陷31

1.5.1点缺陷 31

1.5.2线缺陷 32

1.5.3面缺陷 32

1.6纳米材料的应用33

1.6.1纳米技术在微电子学上的应用33

1.6.2纳米技术在光电领域的应用35

1.6.3纳米技术在分子组装方面的应用37

1.6.4纳米技术在其他方面的应用38

1.7几种纳米材料的发展趋势38

1.7.1硅材料38

1.7.2GaAs和InP单晶材料41

1.7.3半导体超晶格、量子阱材料41

1.7.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料44

1.7.5碳纳米材料45

1.7.6团簇材料46

1.7.7宽带隙半导体材料48

1.8氧化锌纳米材料概述49

1.8.1ZnO的基本性质50

1.8.2ZnO的制备63

1.8.3ZnO薄膜的应用 70

1.8.4ZnO的研究进展 74

1.8.5ZnO薄膜光学特性研究中的不足77

1.9氧化硅纳米材料概述79

1.9.1SiO2的基本性质 80

1.9.2研究进展81

1.9.3半导体纳米镶嵌SiO2材料的研究意义84

1.9.4纳米粒子镶嵌SiO2材料的制备85

1.9.5纳米粒子镶嵌SiO2材料光致发光和电致发

光机制86

参考文献88

第2章纳米材料发光的基础理论95

2.1固体发光基本概念95

2.2固体中电子的能量状态99

2.3晶格热容的量子理论100

2.3.1量子谐振子(晶格振动可近似为简谐振动)101

2.3.2晶格热容的量子理论103

2.3.3爱因斯坦模型104

2.3.4德拜模型104

2.4半导体的激发与发光109

2.4.1直接带隙半导体和间接带隙半导体109

2.4.2半导体辐射复合发光类型110

2.5半导体纳米材料的量子效应113

2.5.1量子尺寸效应114

2.5.2介电限域效应114

2.5.3量子隧穿效应115

2.5.4库仑阻塞效应116

2.6纳米材料的发光机理研究117

2.6.1量子限制发光模型118

2.6.2界面层中的激子效应发光模型118

2.6.3与氧有关的缺陷发光模型119

2.6.4量子限制效应-发光中心发光模型120

2.6.5直接跃迁发光模型120

2.7ZnO中与可见光发射相关的缺陷理论121

2.8功函数123

参考文献124

第3章铝掺杂氧化锌薄膜的微结构及光学特性126

3.1引言126

3.2实验工艺和基本参数126

3.3Zn1-xAlxO薄膜的微结构及光学性质研究127

3.3.1Al的掺杂浓度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响128

3.3.2氧分压对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响134

3.3.3衬底温度对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响139

3.3.4溅射功率对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响142

3.3.5退火温度对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响147

3.3.6退火时间对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响150

3.4小结153

参考文献153

第4章Mg掺杂ZnO薄膜的光学性质研究156

4.1引言156

4.2实验工艺和基本参数156

4.3Zn1-xMgxO薄膜的微结构及光学性质研究157

4.3.1Zn1-xMgxO薄膜的晶体结构157

4.3.2Zn1-xMgxO薄膜的表面形貌160

4.3.3Zn1-xMgxO薄膜的光学特性162

4.4小结166

参考文献167

第5章Ti掺杂ZnO薄膜的光学性质研究170

5.1引言170

5.2实验工艺和基本参数170

5.3Zn1-xTixO薄膜微结构表征及光学性质研究171

5.3.1溅射功率对Zn1-xTixO薄膜微结构及光学性质的影响171

5.3.2衬底类型对Zn1-xTixO薄膜微结构及光学性质的影响180

5.3.3氧分压对Zn1-xTixO薄膜微结构及光学性质的影响182

5.4小结186

参考文献187

第6章Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质研究190

6.1引言190

6.2实验工艺和基本参数190

6.3Zn1-xCuxO薄膜结构表征及光学性质研究191

6.3.1Cu掺杂浓度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响191

6.3.2氧分压对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响194

6.3.3衬底温度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响199

6.3.4退火温度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响203

6.4小结204

参考文献205

第7章Si/Al2O3/Zn/ZnO多层薄膜的微结构和光学性质208

7.1引言208

7.2实验工艺和基本参数209

7.3Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的微结构和光学特性209

7.3.1Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的晶体结构209

7.3.2Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的表面形貌211

7.3.3Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的光学特性211

7.4小结217

参考文献217

第8章不同缓冲层对ZnO薄膜的微结构和光学性能影响220

8.1引言 220

8.2实验工艺和基本参数221

8.3不同缓冲层ZnO薄膜的微结构和光学特性222

8.3.1不同缓冲层类型对ZnO薄膜光学特性的影响222

8.3.2不同Zn缓冲层厚度对ZnO薄膜光学特性的影响226

8.4小结230

参考文献230

第9章镶嵌纳米锗粒、纳米碳粒和纳米硅粒氧化硅膜的电致发射对比研究232

9.1引言232

9.2实验工艺和基本参数235

9.3镶嵌纳米锗粒(碳粒或硅粒)氧化硅膜的电致发射

对比研究235

9.3.1锗/氧化硅纳米多层膜的电致黄光发射研究235

9.3.2锗/氧化硅和硅/氧化硅薄膜电致发光的比较研究238

9.3.3锗/氧化硅和碳/氧化硅薄膜电致发光的比较研究241

9.3.4镶嵌纳米碳粒和纳米硅粒氧化硅膜的电致红光发射研究243

9.4小结247

参考文献247

第10章结论与展望249

10.1总结 249

10.1.1ZnO薄膜的发光性质249

10.1.2硅基纳米镶嵌材料250

10.2展望251

10.2.1实现掺杂ZnO薄膜中三基色的同时发射251

10.2.2可用于太阳能电池中的ZnO基异质结的研究251

10.2.3硅基纳米器件252"

微结构光纤作为一种新型光纤,有许多独特特性,在光纤激光器和放大器应用中也有与众不同的优势。

微结构光纤可获得非常大的模场面积,可以根据需要灵活地设计光纤模场面积。例如多孔微结构光纤可通过改变孔间距调节有效模场面积,调节范围可到800。瓣形微结构光纤可通过光纤瓣数、折射率差、折射率系数、内外半径来调节有效模场面积,调节范围可达900。具有大模场面积的光纤可降低功率密度和非线性效应,并提高连续波和脉冲激光器系统的标定功率,这对开发光纤激光器和放大器非常有利,即能经受更高的功率,又不会达到使器件损伤的功率密度。大芯径光纤还可调节波导色散,使单模截止移到更短的波长,并扩大有用的传输光谱。

对于光子晶体光纤而言,其一个重要特点是其可以灵活控制的色散特性。就光子晶体光纤的结构特征来说,它对波导色散有较高的控制性。常规光纤是在石英玻璃中掺杂而在截面内形成一定的折射率分布制成的,由于材料不匹配会造成光纤损耗,因此纤芯和包层的折射率差不能过大.光子晶体光纤由单一材料(纯二氧化硅)构成,它不存在常规光纤的材料不匹配现象。通过合理调节空气孔的尺寸和间距,可以获得较大的折射率差,从而更有效的控制波导色散。因此,通过设法改进PCF的波导结构就可以实现各种期望的色散特性。光子晶体光纤的一个重要特点是零色散点可以向短波长大大推进。传统常规单模光纤的零色散点通常在1310nm处。而通过合理的调节PCF的气孔大小和间距,可以将零色散点移至800nm左右。零色散点向短波长移动,使得PCF能够在波长低于1.3μm获得反常色散(正色散),这是传统阶跃光纤无法做到的,该反常色散特性第一次为短波光孤子传输提供了可能。另外,通过适当设计空气孔的参数,可以在极宽的波段范围内具有平坦色散瓣形微结构光纤中,色散特性也可以灵活调节。基于微结构瓣形微结构光纤结构的特殊性,它是由高折射率介质n,作纤芯,高低折射率介质(n、,n2)在角向周期性交错排列作包层,形成一种花瓣形结构。其包层的折射率分布可以等效成梯度折射率分布。通过改变nl,瓣数N,相对折射率差,折射率系数Y,内半径a和外半径b,得到不同的色散曲线。K.S.Chiang等人就通过设置合理的光纤参数,使得瓣形微结构光纤在全波段单模,单模直径达到34μm,并且基模的色散损耗始终小于10dB/m。