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半导体纳米点镶嵌在不同介电基体中的制备及发光特性的研究

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第一章绪论

§1.1引 言

§1.2纳米材料的物理性质

1.2.1尺寸效应

1.2.2小尺寸效应

1.2.3宏观量子隧道效应

1.2.4介电限域效应

§1.3锗纳米晶的力学性质及研究现状

§1.4镶嵌在SiO2介电基体中Ge纳米晶体的制备方法

1.4.1溶胶-凝胶法(SolGel)

1.4.2溅射法(Sputtering)

1.4.3分子束外延(MBE)

1.4.4化学气相沉积法(CVD)

1.4.5离子注入法(Ion implantation)

§1.5半导体纳米材料几种经典的发光模型

1.5.1量子限域效应发光模型

1.5.2与氧缺陷有关的发光模型

1.5.3界面层中激子效应发光模型

§1.6本文章的主要研究意义、内容及目的

第二章脉冲激光沉积技术

§2.1脉冲激光沉积技术的发展简史

§2.2脉冲激光沉积系统的结构

§2.3脉冲激光沉积技术的原理

§2.4脉冲激光沉积技术的优点、缺点

第三章镶嵌在不同介电基体中的锗纳米晶体的制备及表征

§3.1 Ge纳米晶体的PLD制备

3.1.1衬底

3.1.2靶材

3.1.3工艺参数

3.1.4实验设备

3.1.5沉积与退火处理

§3.2本文用到的表征技术

3.2.1 X射线衍射(XRD)

3.2.2透射电子显微镜(TEM)

3.2.3光致发光

第四章Ge纳米晶体的结构分析

§4.1 Ge纳米晶体的TEM分析

§4.2 Ge纳米晶体的Rietveld精修分析

4.2.1 Rietveld方法原理的介绍

4.2.2 Rietveld结构精修的基本条件

4.2.3 Ge纳米晶体的XRD图

第五章Ge纳米晶体有限元及光致发光分析

§5.1 ANSYS有限元分析

5.1.1 ANSYS软件

5.1.2结果分析

§5.2 Ge纳米晶体的光致发光分析

第六章总结

参考文献

在学期间公开发表论文及著作情况

致 谢

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摘要

本文用脉冲激光沉积技术(Pused laser deposition-PLD)成功的制备了镶嵌在非晶SiO2和高介电材料Lu2O3基体中的Ge纳米晶体,用ANSYS,Rietveld精修技术,高倍透射电子显微镜(high-resolution transmission electron microscopy-HRTEM),X射线衍射(X-ray diffractometry-XRD)和光致发光谱(photoluminescence spectroscopy-PL)分别分析了镶嵌在非晶SiO2和Lu2O3基体中的Ge纳米晶体的物理特性。其具体的研究结果如下: 1、高倍透射电子显微镜表明了镶嵌在SiO2和Lu2O3两种基体中的Ge纳米晶体均成球型并分析了Ge纳米晶体的成核理论。 2、Rietveld精修技术和X射线衍射证实了在两种基体中Ge纳米晶体的键长变化,且镶嵌在介电基体中的Ge纳米晶体的键长都小于块体Ge的键长,其由于镶嵌在介电基体中Ge纳米晶体承受基体压缩应力的原因所致。而且,镶嵌在Lu2O3基体中的Ge纳米晶体比镶嵌在SiO2基体中的键长变得更小,这是由于在Lu2O3基体中Ge纳米晶体承受更大的压缩应力。 3、有限元法理论研究了镶嵌在Lu2O3和SiO2介电基体中Ge纳米晶体所承受的压缩应力,且验证了Rietveld精修技术的结果。 4、光致发光谱在低温情况下分析了镶嵌在Lu2O3和SiO2基体中Ge纳米晶体的光致发光的性质,发现在Lu2O3基体中的Ge纳米晶体的发光较SiO2基体中的强,其差异是由于Ge纳米晶体在不同的基体中承受不同的压缩应力所致。镶嵌在LU2O3基体中的Ge纳米晶体比镶嵌在SiO2基体中的Ge纳米晶体承受更大的压缩应力。这将导致在Lu2O3与Ge纳米晶界面处产生更多的缺陷态。因此,在Lu2O3基体中的Ge纳米晶体具有更强的光致发光性能。 综上所述,基体环境在Ge纳米晶体的光致发光及键长的变化等方面扮演了一个重要的角色。

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