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本论文有代表性的研究了一维Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体及其能隙随组分可调的合金纳米结构的构建,并探索和研究了这类新型半导体纳米结构的光子学性质和应用(光波导,受激发射和纳米激光器)以及表面依赖的物理效应和高温热稳定性等方面的问题,内容主要表现在以下几方面:
1.通过金属催化的物理热蒸发路线合成了尺寸均匀的CdS纳米带和纳米线。在扫描近场光学显微镜下研究了CdS纳米带的光波导性质,并发现光在纳米带中是通过Urbach带尾态参与的“吸收-发射-吸收”能量传输机制进行有源波导的。研究了所得一维CdS纳米结构的受激发射行为,发现室温下CdS纳米带是通过双纵向光学声子(2LO)的辅助来实现受激发射的,而CdS纳米线是通过电子-空穴等离子体(EHP)以及Farby-Perot(F-P)光谐振过程联合作用下实现激光发射的。
2.首次合成了能隙随组分可调的CdSxSe1-x(0≤x≤1)合金纳米带/纳米线,并实现其发射光谱在可见光范围内连续可调。观察到CdSSe纳米带随组分调制的多色纳米光波导现象,并成功实现了发射波长在可见光区内连续可调的激光发射,从而首次实现了可调谐纳米激光器的器件原型。研究并发现一维CdSSe纳米结构在常温和高温下都具有快速的、可逆性好的光电开光特性。
3.用液相溶剂热法合成了尺寸均匀的CdS纳米线,并通过高温热处理使其表面的非晶层得到晶化。对比研究了晶化前后CdS纳米线的光学和电子输运性质,发现表面非晶层准连续电子态对CdS纳米线的光、电性质有着决定性的影响。通过溶胶-凝胶过程在CdS纳米线表面包覆了一层均匀的SiO2壳层,大大提高了CdS纳米线的高温热稳定性和荧光发射效率。
4.发展了一种低温溶剂热法可控合成了大面积的高结晶质量的ZnO纳米线阵列,并实现了ZnO纳米线低阈值的受激发射。通过一种简单的水热反应过程,合成了一种具有明显量子限域效应的花状ZnO纳米结构。