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ZnO是一種兩性白色氧化物(俗稱鋅白)，纖鋅礦結構ZnOzui穩(wěn)定，因此zui為常見。如圖1所示，纖鋅礦結構的ZnO有中心對稱性但沒有軸對稱性，在晶體表面因斷面而出現(xiàn)懸空鍵。ZnO晶體表面斷面的特性對晶體的整體性質影響微隨其尺寸的減小不斷增加，甚至*改變晶體本身原來的屬性。因此通過控制氧化鋅的結構，如尺寸、形貌或表面晶面取向、表面成分、表面電荷等，可以大幅度地調節(jié)或改變氧化鋅的性質特性，從而獲得應用所需要的發(fā)光、熒光增強、鐵磁性、催化性能等，其中微米尺寸的ZnO因其在發(fā)光、光催化、傳感器等領域表現(xiàn)出來的*性質而備受關注。

圖1 ZnO纖鋅礦結構

    作為第三代半導體材料的典型代表，GaN藍光材料一直是近年來研究的熱點。ZnO和GaN同為穩(wěn)定的六角纖鋅礦結構，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，即使在室溫甚至高于室溫下也能實現(xiàn)的激子發(fā)射。因而，ZnO成為制備紫外發(fā)光器件(LEDs)、紫外激光器(LDs)等短波長光發(fā)射器件的主要候選材料。圖2和圖3為不同條件下制備的ZnO微米管的PL光譜，測試儀器采用北京卓立漢光自主研發(fā)生產(chǎn)的Flex One“微光”系列顯微光致發(fā)光光譜儀，激發(fā)光源選用325nm HeCd激光器。

圖2 ZnO微米管不同位置PL的光譜，插圖為ZnO微米管斷裂處的顯微成像

圖3 不同尺寸ZnO微米管的PL譜

    圖2中(a)為ZnO微米管中部的PL光譜，(b)為微米管斷口處的PL光譜；圖3為不同尺寸微米管的PL光譜(a＜b＜c＜d)。ZnO在紫外區(qū)具有優(yōu)異的發(fā)光性能，近帶邊紫外發(fā)光特性的研究一直是人們關注的熱點。對于ZnO豐富的近帶邊發(fā)光，人們尚缺乏統(tǒng)一的認識。在380nm左右的紫外發(fā)射峰對應于ZnO的帶邊躍遷的自由激子復合；392nm左右的發(fā)射峰屬于帶間輻射躍遷的結果；450~650nm的可見光區(qū)域也有一強度很弱且寬的發(fā)射峰，該發(fā)射峰對應于ZnO的表面氧缺陷，PL峰強度越強，代表氧缺陷濃度越高^{[1, 2]}。

PL光譜是一種非破壞性的、高靈敏度的分析方法，是半導體材料研發(fā)和生產(chǎn)過程中的一種常規(guī)測試手段，可以檢測半導體的本征發(fā)光，檢測半導體材料由于摻雜、生產(chǎn)工藝等條件引起的缺陷發(fā)光，探討半導體形貌和尺寸對其發(fā)光特性的影響，為半導體在光子晶體、催化、傳感和染料敏化太陽能電池等領域的應用提供理論指導。

 【本文作者：分析儀器事業(yè)部（AID）應用研發(fā)部石廣立工程師】
  參考文獻
  [1] 方國家，*軍，劉逆霜，等. ZnO納米線陣列的定向生長、光致發(fā)光及場發(fā)射性能[J]. 發(fā)光學報，2008，29(3): 421-424
  [2] 王卿璞，張德恒，薛忠營. 射頻磁控濺射ZnO薄膜的光致發(fā)光[J]. 半導體學報，2003，24(2): 157-160