熔融法制備含PbS半導(dǎo)體量子點非線性光學(xué)玻璃的工藝技術(shù)與性能研究.pdf

1、近年來，光通訊和光子器件用1.3～1.55μm激光器材料和裝置方面的開發(fā)研究引起了人們極大的關(guān)注，PbS半導(dǎo)體量子點玻璃因具有強三維量子禁阻效應(yīng)和高三階非線性極化率而被認為是實現(xiàn)1.3μm激光發(fā)射的較理想材料，成為半導(dǎo)體量子點玻璃的重要發(fā)展方向。 本文利用熔融法，在硼硅酸鹽(SiO<,2>·B2O<,3>·Na<,2>O·Al<,2>O<,3>·ZnO·PbO)系統(tǒng)玻璃的基礎(chǔ)上，經(jīng)晶化制備了PbS半導(dǎo)體量子點玻璃。運用紅外(IR

2、)光譜、抗彎強度、熱膨脹系數(shù)以及折射率等測試手段與密度的測定分別討論了網(wǎng)絡(luò)形成體變化對基礎(chǔ)玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響。利用差熱分析(DTA)、示差掃描量熱法(DSC)、電子探針(EDS)、X射線衍射(XRD)、吸收光譜、透射掃描(TEM)等分析手段對玻璃中PbS半導(dǎo)體納米晶生成的熱行為、晶粒尺寸、量子禁阻效應(yīng)進行了觀察與檢測；探討了玻璃成分、熔融氣氛和熱處理制度對PbS半導(dǎo)體量子點生成和性能的影響。結(jié)果表明：(1)在硼硅酸鹽系統(tǒng)玻璃中，逐漸增

3、加B<,2>O<,3>含量使其逐漸替代SiO<,2>，先是形成[BO<,4>]四面體，隨著游離氧消耗完畢，逐漸生成fBO<,3>]三角體；基礎(chǔ)玻璃中的密度、抗彎強度以及折射率隨B<,2>O<,3>含量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而玻璃熱膨脹系數(shù)的變化恰好相反，極值出現(xiàn)在B<,2>O<,3>和Na<,2>O的摩爾比值約為1處；(2)S在熔融過程中很容易被氧化，因此熔制玻璃必須在還原氣氛下進行，并且在配和料中加一定量的碳起還原作用。ZnO的添加

4、在穩(wěn)定S<'2->的同時有助于PbS尺寸的分布均一化。難熔TiO<,2>和ZrO<,2>不是有效的晶核劑，其添加會使玻璃的T<,g>明顯增高。對于PbS納米晶的生成，F(xiàn)<'->才是有效的晶核劑；(3)PbS半導(dǎo)體量子點的尺寸隨晶化時間及溫度的升高而相應(yīng)增大，核化后高溫、快速的晶化有助于PbS半導(dǎo)體量子尺寸的均一化。PbS半導(dǎo)體量子點玻璃的室溫吸收光譜中的強激子吸收峰是納米晶量子受限的表現(xiàn)，它主要表現(xiàn)在兩個方面，一是第一激發(fā)能隨納米晶半徑