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

1、近年來(lái)，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(kāi)發(fā)研究引起了人們極大的關(guān)注，PbS半導(dǎo)體量子點(diǎn)玻璃因具有強(qiáng)三維量子禁阻效應(yīng)和高三階非線性極化率而被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)1.3μm激光發(fā)射的較理想材料，成為半導(dǎo)體量子點(diǎn)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(diǎn)玻璃。運(yùn)用紅外(IR

2、)光譜、抗彎強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)以及折射率等測(cè)試手段與密度的測(cè)定分別討論了網(wǎng)絡(luò)形成體變化對(duì)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(duì)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(jìn)行了觀察與檢測(cè)；探討了玻璃成分、熔融氣氛和熱處理制度對(duì)PbS半導(dǎo)體量子點(diǎn)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(qiáng)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(shì)，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(guò)程中很容易被氧化，因此熔制玻璃必須在還原氣氛下進(jìn)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(shí)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(huì)使玻璃的T<,g>明顯增高。對(duì)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(diǎn)的尺寸隨晶化時(shí)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(diǎn)玻璃的室溫吸收光譜中的強(qiáng)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(gè)方面，一是第一激發(fā)能隨納米晶半徑