本文關(guān)鍵詞：三種低維Ⅱ-Ⅵ簇化合物的光譜光電特性及靜壓下的特性變化研究　出處：《云南師范大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來一維半導體納米材料在光/電、電/光轉(zhuǎn)換方面取得了突出的進展,如在等離子激光、納米傳感器、納米光伏器件、納米成像等取得了驚人的成就。更重要的是一維納米材料在柔性光伏器件方面展示了廣闊的應用前景,但柔性光伏器件必然伴隨著應力、應變,應力應變反過來又對材料性質(zhì)產(chǎn)生影響。因此,本文將從實驗和理論兩個方面研究幾種II-VI簇化合物的光學性質(zhì)和光電性質(zhì),同時基于密度泛函理論第一性原理平面波贗勢方法研究纖鋅礦(B4)、閃鋅礦(B3)、巖鹽(B1)及氯化銫(B2)CdSe在不同靜壓力作用下的電子結(jié)構(gòu)、力學性質(zhì)等的變化規(guī)律。主要內(nèi)容如下:用熱蒸發(fā)法在1100oC和900 oC分別制備了ZnSe和CdSe納米帶。兩種納米帶在長度方向上均勻,表面光滑。ZnSe納米帶長度可達到幾毫米,寬度為5-10μm,納米厚度40-100 nm的范圍內(nèi)。納米帶寬厚比達到100以上。CdSe納米帶寬達10-20μm,厚約為60 nm,長度可達幾厘米。對樣品進行光致發(fā)光光譜測試發(fā)現(xiàn)ZnSe納米帶在470 nm附近可觀察到一個強的發(fā)光峰對應于ZnSe帶隙,且該發(fā)光峰峰位隨著激發(fā)光強度的增加而紅移,表明其具有激射效應,激射閾值為65kW/cm2。對于CdSe納米帶,在710 nm附近可觀察到一個強的發(fā)光峰對應于CdSe帶隙,該發(fā)光峰強度隨著激發(fā)光強度的增加而呈超線性的增長,表明CdSe納米帶作為諧振腔而使光諧振放大,從而具有良好的激射效應,其激射閾值為43kW/cm2。通過研究探索,找到了制備鉺摻雜的CdS納米帶的最佳條件,制備了優(yōu)質(zhì)的鉺摻雜的CdS納米帶。納米帶的寬度和厚度分別在3-20mm和30-80 nm之間,大部分納米帶長度在100-200mm,少數(shù)納米帶長達到1 mm。鉺摻雜的CdS納米帶制作成單片納米器件,光導測試表明:鉺摻雜的CdS納米帶可同時探測457.5nm,620 nm和955 nm的光。對于波長為457.5 nm,照射光功率為30mW/cm2的藍光,其明暗電導比為103;對于波長為620 nm,照射光功率為27mW/cm2的紅光,其明暗電導比為102;而對于波長為955 nm,照射光功率為15mW/cm2的近紅外光,其明暗電導比為10。對應的外量子轉(zhuǎn)換效率分別達到93800,16280和11930。表明鉺d{雜的CdS納米帶具有優(yōu)異的多波段光探測性能。基于密度泛函理論的平面波贗勢方法,研究了CdSe不同結(jié)構(gòu)即纖鋅礦(B4)、閃鋅礦(B3)、巖鹽(B1)及氯化銫(B2)等不同原子組態(tài)的穩(wěn)定性,通過Voigt-Reuss-Hill(VRH)方法計算了不同相的體模量B、剪切模量G、楊氏模量E和泊松比ν,基于彈性常數(shù)和平均彈性波速估算了德拜溫度。同時研究了CdSe高壓下不同原子組態(tài)的贗勢總能、結(jié)構(gòu)參數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度及相關(guān)的力學和光學性質(zhì)。此計算對CdSe的設(shè)計和優(yōu)化起到了一定理論指導作用,并且提供了在實驗中無法獲得的一些性能參數(shù)。計算結(jié)果為:基態(tài)時CdSe各相的穩(wěn)定性順序為:B4B3B1B2,但是B3和B4相穩(wěn)定性非常相近,其中B4、B3、B1滿足機械穩(wěn)定性標準而B2相為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),計算結(jié)果與實驗結(jié)果相一致;在等靜壓下B3、B4相大約在4.3 GPa時轉(zhuǎn)變到B1相,在約89 GPa時B1相轉(zhuǎn)變到B2相,而B3相與B4相的焓隨著壓強的增大而增大的速率一致,沒有發(fā)生相變的趨勢;B3相具有較好的金屬延展性,而B4相延展性不如B3結(jié)構(gòu)優(yōu)異,表明B3結(jié)構(gòu)的CdSe更適宜用作柔性襯底太陽電池材料。各向異性參數(shù)的計算結(jié)果表明B3、B4結(jié)構(gòu)都具有各向異性,并且壓強對各向異性有調(diào)制作用。能帶色散ε(?)關(guān)系表明B4相和B3相屬直接帶隙半導體,B1相屬間接帶隙半導體,而B2相呈現(xiàn)出金屬性,壓強能調(diào)控B3、B4、B1相的能帶邊的色散關(guān)系,從而改變CdSe載流子的輸運性質(zhì)和光學性質(zhì)。同時,壓強促使B3、B4相價帶頂向低能方向移動而導帶底幾乎沒有變化,從而導致帶隙增大,而B1結(jié)構(gòu)的帶隙隨著壓強的增大趨勢與B3、B4結(jié)構(gòu)相反。最后還研究了外壓對B3、B4結(jié)構(gòu)光學性質(zhì)的調(diào)制影響,表明介電譜特征峰和光吸收峰隨著壓強的增大,都向高能方向移動。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：云南師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1355226