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脉冲激光液相烧蚀法制备硅纳米晶及其发光性能的研究

作 者: 秦文静
导 师: 杜希文
学 校: 天津大学
专 业: 材料学
关键词: 硅纳米晶 脉冲激光烧蚀 光致发光性能 形核长大
分类号: TB383.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 94次
引 用: 1次
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内容摘要


本文研究了脉冲激光液相烧蚀法制备硅纳米晶,不同靶材,不同激光参数对硅纳米晶形貌、结构的影响,对合成理论和工艺进行了研究;并研究硅纳米晶尺寸形貌、成分、结构和表面态对光致发光性能的影响,主要内容如下:(1)用脉冲激光烧蚀硅片制备硅纳米晶,该纳米晶的尺寸在5nm以下,并随着激光脉宽的增加尺寸不断增大。对其结构进行分析,发现硅纳米晶具有面心立方的结构,而不是常见的金刚石结构。研究了硅纳米晶的发光性能以及随在空气中放置的时间延长发光强度的变化,通过对其带隙和表面态的研究,发现硅纳米晶能够发光是量子限制效应和表面态共同作用的结果。(2)用脉冲激光烧蚀硅粉制备的硅纳米晶,随着激光脉宽的增加,获得的纳米晶的尺寸也不断增加。与使用硅片做原料不同,使用硅粉得到的硅纳米晶为常见的金刚石结构。这种纳米晶在可见光区有很强的发光,发光曲线用高斯拟合分为两个峰,理论分析认为,这两个发光峰分别是量子限制效应及表面态作用的结果。发光峰随着激光脉宽的增加而红移。(3)用脉冲激光烧蚀一氧化硅粉,制备出圆片状的纳米晶,直径分布从10nm到200nm,厚度为纳米级。物相分析表明这种独特形貌的纳米晶具有金刚石结构。结合形貌和表面态分析,认为这种圆片状硅晶的生长是由氧化和扩散机制共同作用的结果。这种片状的硅纳米晶在可见光区有强的发光。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-20
  1.1 引言  7
  1.2 硅的发光机理与结构  7-9
  1.3 硅基发光材料的制备方法  9-11
    1.3.1 常规(准平衡)制备方法  9-10
    1.3.2 极端非平衡制备方法  10
    1.3.3 非平衡的制备条件下获得高效率发光的可能原因  10-11
    1.3.4 现有的极端非平衡方法的局限性及进一步研究的方向  11
  1.4 脉冲激光烧蚀法制备硅纳米晶的研究现状  11-19
    1.4.1 脉冲激光烧蚀法制备硅纳米晶  12-16
    1.4.2 脉冲激光液相烧蚀法制备纳米颗粒  16-19
  1.5 本课题的思路及创新之处  19-20
第二章 试验原料和试验装置  20-22
  2.1 试验原料  20
  2.2 实验的制备与测试设备  20-22
    2.2.1 激光器  20-21
    2.2.2 微观结构分析(TEM)  21
    2.2.3 光致发光性能测试(PL)  21
    2.2.4 结晶相分析(XRD)  21
    2.2.5 表面键分析(FTIR)  21-22
第三章 脉冲激光烧蚀体硅材料制备硅纳米晶的研究  22-38
  3.1 硅纳米晶的制备  22-23
  3.2 硅纳米晶的形貌、结构及性能研究  23-30
    3.2.1 硅纳米晶的形貌分析  23-25
    3.2.2 硅纳米晶结构分析  25-27
    3.2.3 硅纳米晶的表面键分析  27-29
    3.2.4 硅纳米晶的光致发光性能分析  29-30
  3.3 面心立方硅纳米晶的形成机理  30-31
  3.4 激光功率密度对制备硅纳米晶的影响  31-32
  3.5 激光烧蚀后硅片的形貌特征  32-38
第四章 脉冲激光烧蚀硅粉制备硅纳米晶的研究  38-48
  4.1 硅纳米晶的制备  38-39
  4.2 硅纳米晶的形貌及结构分析  39-42
    4.2.1 激光烧蚀前后硅粉的形貌  39-40
    4.2.2 硅纳米晶的TEM形貌分析  40-41
    4.2.3 硅纳米晶的结构分析  41-42
  4.3 硅纳米晶的形成机理  42-43
  4.4 激光功率密度对硅纳米晶的影响  43-48
    4.4.1 激光功率密度对制备硅纳米晶形貌的影响  43-44
    4.4.2 激光功率密度对硅纳米晶的发光性能的影响  44-46
    4.4.3 硅纳米晶的光致发光稳定性  46-48
第五章 脉冲激光烧蚀一氧化硅粉制备硅纳米晶的研究  48-60
  5.1 硅纳米晶的制备  48-49
  5.2 硅纳米晶的形貌、结构及物相分析  49-55
    5.2.1 激光烧蚀前后粉末物质的形貌  49-50
    5.2.2 硅纳米晶的形貌分析  50-53
    5.2.3 硅纳米晶的物相和结构分析  53-55
    5.2.4 硅纳米晶的晶体取向  55
  5.3 硅纳米晶的形成机制  55-58
  5.4 硅纳米晶的发光性能  58-60
第六章 结论  60-61
参考文献  61-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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