金属等离激元与ZnO半导体微腔及半导体量子点耦合的荧光特性研究

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近年来,与金属等离激元结合制成的半导体纳米发光材料,由于其优越的光学特性,在微电子、化工、生物工程等领域潜在的广泛应用,开始受到国内外许多学者的关注。研究发现,通过金属等离激元的耦合,半导体纳米材料的光、电、磁等性能能够得到很大程度上的提高。半导体微腔物理研究对量子光学以及低维半导体结构具有重要的意义。近年来,国内外越来越多的学者把研究重点放到了半导体微腔研究中。本论文研究的ZnO作为一种直接间隙半导体材料,它独特的几何结构大大提高了半导体微腔的实用价值。由于量子尺寸效应,半导体量子点的光学特性与正常尺寸的半导体完全不同,因此而产生了一系列有趣的现象,如尺寸相关的光致发光和库仑封锁以及这些结构中离散能级的影响。在量子点中,光致发光源于激子的放射性湮灭(即电子-空穴复合),而这个不可逆的过程劣化了量子点的性能。量子点的光致发光过程依赖于局部态密度,微腔在开放空间的发光过程与它是不同的。本论文分别研究了金属等离激元与ZnO半导体微腔及半导体量子点结构耦合的荧光特性。具体研究内容如下:(1)本文中,经过多次实验以及实验参数调整,成功制取了银膜上的ZnO纳米微腔以及银/量子点纳米复合材料。通过SEM及TEM观测,制得的ZnO六棱柱结晶情况良好,尺寸均匀,样品表面光洁平整;银/量子点纳米复合材料颗粒形貌均一,分散性良好。(2)本文讨论了ZnO半导体微腔与金属等离激元耦合光致发光的发射模式。总的说来,发射模式包括三种模式:带边发射带模式,宽发射模式和窄发射模式。(3)本文制得的Ag纳米晶和量子点的复合材料是一种研究在不同波长表面等离子体激元共振和量子点之间相互作用的理想材料。Ag纳米晶能调控半导体量子点的辐射寿命,改变其荧光强度。本研究所取得的结果,兼具理论与应用双重意义,对今后进一步开展对金属等离激元与ZnO半导体微腔及半导体量子点耦合的荧光特性研究具有一定参考意义。
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