文档介绍：硕士学位论文
ZnO 纳米结构的 PLD 法制备与
光致发光物性研究
PLD PREPARATION AND PHOTOLUMINESCENCE
PROPERTIES OF ZNO NANOSTRUCTURES
刘潇
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
理学硕士学位论文
ZnO 纳米结构的 PLD 法制备与
光致发光物性研究
硕士研究生: 刘潇
导师: 杨彬教授
申请学位: 理学硕士
学科: 凝聚态物理
所在单位: 理学院
答辩日期: 2012 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Science
PLD PREPARATION AND PHOTOLUMINESCENCE
PROPERTIES OF ZNO NANOSTRUCTURES
Candidate: Liu Xiao
Supervisor: Prof. Yang Bin
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Condensed Matter Physics
Affiliation: School of Science
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带半导体材料。它具有很多的优异特
性,如近紫外光发射特性、传感特性、生物兼容性等,在发光器件、紫外光探
测器、气体分子传感器等方面有着非常重要的应用前景。特别是人们最近发现
ZnO 纳米结构可以作为一种荧光增强衬底极大增强生物荧光分子的荧光信号,
进而应用于高灵敏度的生物分子探测。但是关于这一进展的系统研究工作尚未
见报道,同时,由于水解反应,ZnO 纳米材料在水溶液中的长期稳定性受到了
质疑。基于 SiO2 的透光性、化学稳定性、生物安全性,易于生物分子偶联等特
性,我们认为 ZnO-SiO2 核壳纳米结构可以作为优异的荧光增强衬底在生物分子
探测领域有着重要的应用前景。
脉冲激光沉积法(PLD)是一种制备高质量 ZnO 样品的重要方法,但是利
用 248nm 脉冲激光器制备 ZnO 纳米结构和 SiO2 薄膜的工作鲜有报道。本论文
首先对 ZnO 纳米结构的 248nm PLD 法制备进行了研究,制备了[002]取向的 ZnO
薄膜作为生长 ZnO 纳米结构的籽晶层,系统研究了衬底温度、氧气压、激光能
量与靶基距等实验参数对于 ZnO 纳米结构的形貌和光致发光特性的影响,实现
了 ZnO 纳米结构的可控生长。其次,本论文研究了 PLD 法下 SiO2 薄膜的制备
及其透光特性。通过控制生长时间控制 SiO2 薄膜厚度与透光率。最后,我们在
制备的 ZnO 纳米结构上沉积不同厚度的 SiO2 薄膜,制备出 ZnO-SiO2 核壳纳米
结构,并在不同 pH 值的溶液环境中检验其发光的稳定性,证明了 SiO2 包覆提
升了 ZnO 纳米结构在水溶液中,特别是碱性水溶液中的稳定性。
这一研究工作增强了 ZnO 纳米材料在生物分子探测领域的应用性,并为下
一步系统研究 ZnO 纳米结构的生物荧光分子荧光增强机制和性能优化奠定了基
础。
关键词:氧化锌;二氧化硅;纳米材料;核壳纳米结构;光致发光;发光稳定
性
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哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
ZnO is a direct wide band gap semicondutor with many excellent properties,
such as near-UV emission properties, sensing properties and patibility. It
has been demonstrated to have a host of possible practical ap