【摘 要】
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硫化镉(CdS)的室温带隙为2.42 eV,是研究光与物质相互作用的重要半导体材料之一。同时,CdS具有较好的稳定性、理想的发光效率、较高的电子迁移率等特点,可望广泛应用于激光器、晶体管、发光二极管、非线性光学器件、太阳能电池等领域。掺杂能够有效调控微纳材料的晶格结构、电子能带结构,进而优化调节相应的电子学、光子学、光电性能。本论文系统研究CdS微纳结构碲掺杂和表面氧化调控的光子学性能,探索相应的
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硫化镉(CdS)的室温带隙为2.42 eV,是研究光与物质相互作用的重要半导体材料之一。同时,CdS具有较好的稳定性、理想的发光效率、较高的电子迁移率等特点,可望广泛应用于激光器、晶体管、发光二极管、非线性光学器件、太阳能电池等领域。掺杂能够有效调控微纳材料的晶格结构、电子能带结构,进而优化调节相应的电子学、光子学、光电性能。本论文系统研究CdS微纳结构碲掺杂和表面氧化调控的光子学性能,探索相应的光物理机理。主要研究工作包括以下两个方面:(1)采用简单的两步化学气相沉积法(CVD),制备出高质量的Te掺杂CdS纳米线。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、拉曼光谱等表征手段,证明我们所制备的Te掺杂CdS纳米线具有较高的结晶质量。Te元素均匀掺杂在CdS纳米线上,并且未改变CdS的六角纤锌矿晶格结构。研究不同Te掺杂量对CdS纳米线发光性能的影响,确定重掺杂浓度下CdS纳米线的发光性能发生严重的减弱,同时WGM腔模式发光会消失。通过显微变温拉曼,证实该Te掺杂CdS纳米线具有较强的电子-声子耦合作用,以及存在重要的表面声子极化作用。通过不同激光功率和变温光致发光(PL)光谱和变温荧光寿命光谱确定该Te掺杂CdS纳米线的发光同时受到表面极化子和回音壁模式(WGM)微腔的双重调制,并且表面极化对发光的调控随温度的响应比较明显,在低温(80K)时表面极化的调制作用有明显的减弱效果。该Te掺杂CdS材料还具有较宽的吸收波段,覆盖整个可见光范围。(2)将纯CdS微-纳米线在空气中加热至475度得到表面氧化的CdS微纳结构。XRD、SEM、EDS、拉曼光谱以及PL mapping等表征结果证明所制备的材料为高质量的表面氧化CdS六角纤锌矿结构微纳米线。通过不同条件的PL光谱测试以及时间分辨PL测试研究了其发光机理。实验结果表明表面氧化不仅提高了该氧化CdS结构的发光性能(宽发光波段,高发光效率),还实现了WGM微腔与激子极化激元的耦合调控发光,进一步确定了短波发光主要受激子极化激元调控,长波发光主要受WGM光学微腔调控。
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