多孔氧化铝由于具有规则的纳米多孔结构,是制备各种纳米材料的良好模板,因此,研究多孔氧化铝的制备和物理性质具有重要的意义.采用阳极氧化方法制备了多孔氧化铝有序孔洞阵列,通过场发射扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)观测了样品的表面、截面的形貌和晶态结构,分析了样品的透射光谱性质.结果表明,制备的多孔氧化铝模板的孔洞分布有序,孔径大小均匀,严格垂直底面;模板具有非晶态结构,在可见光和红外波长范围内具有较高的透射性能.

为了研究不同结构光电探测器的光响应特性,采用脉冲激光沉积技术在玻璃衬底上制备了ZnO基紫外探测器。X射线衍射谱、扫描电子显微镜和光致发光光谱显示,ZnO膜为多晶结构,表面平整,并具有良好的化学配比。比较平面结构探测器和夹层式探测器的光响应特性可知,探测器结构对光电探测特性具有重要影响。结果表明,平面结构探测器中的电极宽度引起响应时间和响应度之间的竞争,而具有透明电极氧化铟锡的夹层式探测器则不存在这一问题。

为了测试阳极氧化铝膜的偏振光谱特性,在硫酸溶液中,采用二次阳极氧化的方法获得了孔洞分布均匀、有序的纳米多孔阳极氧化铝膜,对其形貌和结构、透射和偏振光谱特性进行了理论分析和实验验证。研究结果表明,在温度较低和阳极氧化电流密度比较大的条件下制备阳极氧化铝,铝未被完全氧化,孔与孔之间含有剩余的铝柱,这些铝柱构成各向异性纳米金属列阵。X射线衍射图谱显示,多孔阳极氧化铝膜具有氧化铝的非晶态结构;透射光谱和偏振光谱显示,在可见光及近红外光区多孔阳极氧化铝具有很好的透射比和一定的偏光特性。研究结果对含金属纳米线的多孔铝复合结构的偏振器件的制作具有参考价值。

为了研究Eu3+,Li+共掺杂的ZnO薄膜结构与发光性质,采用脉冲激光沉积方法在P型单晶Si（111）衬底上制备了Eu3+,Li+共掺杂的ZnO薄膜,其中,Eu3+作为发光中心,而Li+作为低价电荷的补偿离子和发光敏化剂。分别对样品进行了X射线衍射谱测试和光致发光谱分析。得出的数据中X射线衍射谱显示,Eu3+,Li+共掺杂的ZnO薄膜具有c轴择优取向,X射线衍射谱中除ZnO晶向以外没有出现其它结晶峰;Eu3+,Li+共掺杂的ZnO薄膜的光致发光谱与ZnO纯晶体薄膜的发射光谱基本相似,但是掺杂ZnO薄膜的紫外发光峰却出现红移现象,峰值位于382nm处,且发光峰也不尖锐。当以395nm的激发光照射样品时,在光致发光光谱中观察到了稀土Eu3+在594nm,613nm附近的特征发光峰。结果表明,掺杂元素Eu3+,Li+均已进入到ZnO晶格中,形成了以Eu3+为发光中心的ZnO纤锌矿结构。

为了研究硫化锌/多孔硅复合体系的光致发光特性,通过电化学阳极氧化法制备了多孔硅样品,然后用脉冲激光沉积的方法在其上沉积硫化锌薄膜,测量了硫化锌/多孔硅复合体系的光致发光谱,并对其进行了详细的理论分析和实验验证。结果表明,在不同的激发波长(340nm,360nm,390nm)下,硫化锌/多孔硅复合体系的光致发光谱不同,硫化锌和多孔硅发光的相对(蓝/红)积分强度比值也不同;硫化锌薄膜的生长温度不同(100℃,250℃,350℃)时,硫化锌/多孔硅复合体系的发光不同,随着生长温度的升高,复合体系的发光谱中,硫化锌的发光增强而多孔硅的发光减弱;衬底多孔硅的制备电流密度不同(3mA/cm2,9mA/cm2,11mA/cm2)时,硫化锌/多孔硅复合体系的发光也有着不同的特点。在适当的多孔硅制备电流密度条件下,把硫化锌的发光与多孔硅的发光叠加,得到了可见光区较宽的光致发光谱带(450nm~700nm),呈现较强的白光发射,这一结果为白光二极管的实现开辟了一条新的捷径。

为了研究生长氧压对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响,采用脉冲激光沉积技术,在P-Si〈11〉衬底上制备了不同生长氧压下的掺铜ZnO薄膜。利用X射线衍射仪对样品的结构进行了分析,并用荧光分光光度计对样品的光致发光谱进行了测量。结果表明,所有样品均在2=34.3附近出现ZnO(002)衍射峰,没有发现Cu的衍射峰,在衬底温度为400℃、生长氧压为0.2Pa的条件下,样品有较好的c轴择优取向;室温下测得样品的光致发光谱中均观察到460nm(2.71eV)左右的蓝光发光带,该发光带来源于薄膜中的锌空位和锌填隙缺陷,属于深能级发射机制,并且随着氧压的升高,其发光强度增强。

为了研究衬底多孔硅(PS)的孔隙对硫化锌/多孔硅(ZnS/PS)复合体系的光学性能和电学性质的影响,采用脉冲激光沉积方法在不同孔隙度的PS衬底上沉积了硫化锌薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光分光光度计和Ⅰ-Ⅴ特性曲线分别研究了PS衬底上ZnS薄膜的晶体结构、表面形貌和ZnS/PS复合体系的光学和电学性质。结果表明,沉积的ZnS薄膜呈立方相晶体结构,沿β-ZnS(111)晶向择优取向生长。随着衬底PS孔隙的增多,ZnS薄膜衍射峰的强度减小,且薄膜表面出现一些空洞和裂缝;在ZnS/PS复合体系的光致发光谱中,PS的发光相对于未沉积ZnS薄膜的PS有所蓝移,随着PS孔隙的增多,该蓝移量增大,而且在光谱中间550nm左右出现了一个新的绿光发射,归因于ZnS的缺陷中心发光。ZnS的蓝、绿光与PS的红光相叠加,整个ZnS/PS复合体系呈现出较强的白光发射。ZnS/PS异质结的Ⅰ-Ⅴ特性曲线呈现出与普通二极管相似的整流特性,在正向偏置下,电流密度较大,电压降较低;在反向偏置下,电流密度接近于0。随着衬底PS孔隙的增多,正向电流增大。该项研究结果为固态白光发射器件的实现奠定了基础。

为了制备结晶质量好的Cu掺杂ZnO薄膜,研究其结构和光学性质,采用脉冲激光沉积方法,在Si衬底上选择不同的衬底温度来制备薄膜。实验成功制得了结晶质量较好的Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对样品进行了测量和分析。所制备的样品均表现出高度的c轴择优取向,衬底温度为300℃时,薄膜表面形貌均匀致密;在样品的光致发光谱中,发现样品除了在380nm附近出现紫外发光峰外,在460nm附近出现了蓝光发光峰,真正意义上实现了ZnO薄膜的蓝光发射。结果表明,衬底温度对其晶体质量有较大影响。

为了研究氧化锌纳米棒的生长机理,先用脉冲激光沉积方法在玻璃衬底上制备一层氧化锌薄膜作为种子层,然后用水热法在种子层上生长氧化锌纳米棒,研究了不同反应时间对其结构、形貌及发光特性的影响。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜测定样品的结构和形貌,用自组建的光致发光系统对样品的光致发光光谱进行了测量。结果表明,氧化锌纳米棒沿c轴高度取向并呈六角纤锌矿结构;随着生长时间的增加,氧化锌纳米棒结晶质量明显改善,纳米棒均匀、致密性和取向性均提高,样品的缺陷发光增强而激子发光减弱。

多孔硅电致发光性质的研究对于实现硅基光电集成具有重要的应用价值。采用蒸镀-阳极氧化法制备了多孔硅异质结(ITO/PS/p-Si/Al)电致发光器件,在7.5V较低电压下实现了数小时连续电致发光,并给出了该器件的发光和电学性能的测量结果。结果表明,要制备较好发光性能和伏安特性的多孔硅电致发光器件,顶部电极应同时具有较高的透光率和电导率。