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第30卷第 5期 云南师范大学学报 Vo1．3O No．5 2010年 9月 JournalofYunnanNormalUniversi Sept．2010 Er掺杂的ZnS纳米带的合成和光致发光性质 董兴成， 徐 超， 胡丽芬， 刘应开 (云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明650092) 摘 要： 以金为催化剂，利用热蒸发方法合成掺杂铒 (Er)的ZnS纳米带。X射线衍射 (XRD)结果表 明Er掺杂的ZnS纳米带仍具有六方纤锌矿结构。采用激发波长为244nm激发样品，发现 Er掺杂的 ZnS纳米带的光致发光 (PL)谱中共有5个发光峰 ，它们的位置为437，520，549，673和805nm，分别对应 ZnS纳米带本身缺陷，Au离子掺杂，以及E， 离子 S 一I ，F9／：一 和 一fI5／跃迁引起的发 光 。 关键词： 掺杂的ZnS纳米带；光致发光；热蒸发方法 中图分类号：P12 文献标识码： A 文章编号： 1007—9793(2010)05—0036～04 一 维半导体纳米带由于奇异的性质，在纳米 电子学和光电子学领域具有潜在的应用，因而引起人们 广泛的关注。最近几年，已发展化学气相沉积，热蒸发，氧化物辅助生长等多种方法合成各种类型的纳 米带，如ZnOll-31、SnO2_4-5i、Ga2O3[I7、In2O 、CdSl9-11]、以及ZnS[佗 等纳米带。 ZnS是一种直接带隙宽禁带的II—VI族半导体材料，室温下的禁带宽度为 3．7eV，激子结合能约为 39meV。其在平面显示器、电致发光器件、红外窗 口、传感器、激光器 等方面得到广泛的应用。与 ZnS的纳米晶、纳米棒、纳米管及纳米线相 比，ZnS纳米带不仅具有较高的比表面积，而且可以制作成单 晶纳米器件。稀土元素掺杂的ZnS纳米带表现出独特的发光性质，由于稀土元素原子具有复杂的电子 能级，且大多数稀土元素原子的电子结构都存在4f轨道，为多种能级跃迁提供了条件，从而使得稀土元 素掺杂的材料具有独特的发光性质。如可根据需要对其进行不同元素掺杂，获得从紫外到红外频率的 任何颜色的光，且量子转换效率高，特别是在可见光区域优势尤为明显。 本文以Au作催化剂，在 1200~C高温条件下，利用热蒸发方法合成 Er掺杂的ZnS纳米带。在室温 下研究了Er掺杂后ZnS纳米带的光致发光性质，发现在其光致发光谱中出现5个发光峰，并对每个发 光峰的产生机制进行阐述 。 1 实验 实验在真空管式高温实验炉中进行，首先把 ZnS(纯度为 99．99％)粉末和草酸铒粉末 (化学成分 Er：(CO)，，纯度为99．9％)共约 1g以质量比为20：1均匀混合作为原材料放在瓷舟里，再将瓷舟放入 石英管中(内径为2em，长度为30cm)。实验 中用来收集沉积产物的衬底是镀有厚约 10nm金膜 的单晶 硅片，其位置距瓷舟约20cm处。 将石英管放在炉子 内，使原材料位于炉子中心的高温区。加热之前先用真空泵把系统抽成真空，当 真空度达到 10 Tort时，向系统中通入氩气，当系统内部气压与外部气压平衡时，停止通气并保持此状 收稿 日期 ：2010—3—17 基金项 目：国家 自然科学基金；教育部新世纪优秀人才支持计划项 目支持 (NCET一08—0926)；云南 省 自然科学基金 (06AOO25Q，2007PY01—4I)；云南省教育厅基金 (06Y091) 作者简介：董兴成 (1982一)，男，黑龙江省哈尔滨市人，硕士研究生 ，主要从事半导体纳米材料方面研究 ． 第5期 董兴成，等： Er掺杂的ZnS纳米带的合成和光致发光性质 ·37 · 态约20分钟。然后再将系统抽成真空，通人氩气，重复上述过程三次以上使管内残留的空气最少，以防 样品被氧化。在加热过程中，以IOSCCM (StandardCubicCentimeterPerMinute)的流速向管内通入氩 气，氩气的流向是从高温区向沉积区。炉子