飛秒激光脈沖誘導材料微結(jié)構(gòu).pdf

1、納米尺寸的半導體材料在納米科技領域已經(jīng)受到越來越多的關注，氧化鋅作為一種重要的Ⅱ-Ⅳ半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，而且具有很高的激子束縛能(60meV)，使得氧化鋅在傳感器，場發(fā)射，紫外激光二極管等方面成為一種關鍵性材料。特別是最近氧化鋅納米棒在室溫下光致紫外激光的發(fā)現(xiàn)以及利用壓電特性制作“納米發(fā)電機”的研究極大的推動了制備高質(zhì)量規(guī)則納米結(jié)構(gòu)的研究。近年來利用氣相法和水熱法在特定的生長條件下已經(jīng)得到了如納米梳，納米環(huán)，納米帶

2、，納米線等多種納米結(jié)構(gòu)，但是在這種技術下很難得到規(guī)則可控的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，因此如何制作形貌可控的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)成為問題的關鍵所在。本文利用飛秒激光脈沖在氧化鋅晶體表面誘導出了規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)，并研究了相關光電性質(zhì)和形成機理，具體內(nèi)容如下： 論文第一部分，首先介紹了國內(nèi)外利用飛秒激光在不同材料上燒蝕誘導納米結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，綜述了飛秒激光誘導納米結(jié)構(gòu)的特點與潛在應用。 論文第二部分敘述了飛秒激光誘導納米結(jié)構(gòu)的實驗裝置，利用飛秒激光

3、脈沖在氧化鋅晶體表面誘導出規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)。對比了1kHz和250kHz飛秒激光系統(tǒng)誘導氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的不同。根據(jù)不同的輻照參數(shù)分別在點模式和線掃描模式下誘導出規(guī)則納米結(jié)構(gòu)，最終形成規(guī)則的納米光柵。介紹了在不同燒蝕氣氛對形成納米結(jié)構(gòu)的影響，對比空氣中的結(jié)構(gòu)，我們分別在水中和乙醇中分別誘導出不同的納米結(jié)構(gòu)，分析了不同燒蝕氣氛下對形成結(jié)構(gòu)的影響。 論文第三部分討論了納米結(jié)構(gòu)的光電特性。根據(jù)形成納米結(jié)構(gòu)前后光致發(fā)光譜的變化，分析了發(fā)光譜

4、中二次諧波對形成納米結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果顯示，在800 nm 飛秒激光輻照下，氧化鋅發(fā)光譜線除了在390 nm 激子．激子碰撞峰之外，還觀測到了400 nm 的二次諧波產(chǎn)生現(xiàn)象，以及在520 nm 附近由于氧缺陷造成的綠光發(fā)射峰。通過對納米結(jié)構(gòu)的拉曼光譜分析，研究了輻照前后晶體晶格的變化，并根據(jù)對輻照區(qū)域的線掃描發(fā)現(xiàn)437cm<'-1>氧化鋅指紋峰譜線強度呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。 論文第四部分討論了形成納米結(jié)構(gòu)的機理，根據(jù)以

5、往提出的干涉模型、自組織模型、庫倫爆炸模型建立了合適模型。根據(jù)輻照過程中的實時發(fā)光光譜的二次諧波，可以認為二次諧波在形成納米結(jié)構(gòu)過程中有非常重要的影響。論文第五部分利用飛秒激光對硼酸鹽玻璃輻照，在硼酸鹽玻璃內(nèi)形成低溫相與高溫相偏硼酸鋇晶體，詳細討論了飛秒激光誘導下硼酸鹽玻璃的微結(jié)構(gòu)變化。實驗中利用Raman光譜首次觀察到低溫相與高溫相偏硼酸鋇晶體的分布規(guī)律，并分析了輻照條件和冷卻條件對分布的影響。 最后對本文的主要工作和今后利用