氧化锌和氧化硅纳米薄膜材料的微结构和光学特性PDF电子书下载

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

1.3.1 X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

1.3.17 X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

1.4.3 Monte 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

1.7.2 GaAs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

1.8.1 ZnO的基本性质 50

1.8.2 ZnO的制备 63

1.8.3 ZnO薄膜的应用 70

1.8.4 ZnO的研究进展 74

1.8.5 ZnO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

1.9.1 SiO2的基本性质 80

1.9.2 研究进展 81

1.9.3 半导体纳米镶嵌SiO2材料的研究意义 84

1.9.4 纳米粒子镶嵌SiO2材料的制备 85

1.9.5 纳米粒子镶嵌SiO2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

2.7 ZnO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

3.3 Zn1-x AlxO薄膜的微结构及光学性质研究 127

3.3.1 Al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

4.3 Zn1-x MgxO薄膜的微结构及光学性质研究 157

4.3.1 Zn1-x MgxO薄膜的晶体结构 157

4.3.2 Zn1-x MgxO薄膜的表面形貌 160

4.3.3 Zn1-x MgxO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

5.3 Zn1-x TixO薄膜微结构表征及光学性质研究 171

5.3.1 溅射功率对Zn1-x TixO薄膜微结构及光学性质的影响 171

5.3.2 衬底类型对Zn1-x TixO薄膜微结构及光学性质的影响 180

5.3.3 氧分压对Zn1-x TixO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

6.3 Zn1-x CuxO薄膜结构表征及光学性质研究 191

6.3.1 Cu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

7.3 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的微结构和光学特性 209

7.3.1 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的晶体结构 209

7.3.2 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的表面形貌 211

7.3.3 Si/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

10.1.1 ZnO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