钇离子增强ZnO纳米材料紫外发射强度的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体材料领域，具体设及锭离子用来增强ZnO纳米材料的紫外发射 强度的应用。
【背景技术】
[0002] 信息产业正逐渐从微电子时代进入光电子时代和光子时代。其中光电子材料是光 电产业的基础，在光电子材料中，宽禁带半导体在短波长发光器件、海底光通信、光催化、高 密度存储等领域有着广泛的应用。宽带隙半导体材料如化Se和GaN近年一直活跃在最前 沿。最近，另一种宽带隙半导体材料氧化锋狂nO)也同样引起人们的关注。
[0003] ZnO作为一种新型的第S代半导体材料，是重要的II-VI族半导体氧化物，也是一 种具有压电和光电特性的直接带隙宽禁带半导体材料，纳米ZnO具有丰富的纳米结构，该 些纳米结构往往由于尺寸小，比表面积大，微观结构丰富，而具有量子尺寸效应，宏观隧道 效应，体积效应，表面效应，表现出许多传统ZnO所不具备的特性，吸引了研究者的广泛关 注，成为半导体材料领域的研究热点之一。ZnO在室温下的禁带宽度约为3. 37eV，发射出的 光子波长处于近紫外光波段，其激子束缚能高达60meV，远高于室温热激发所提供的离化能 26meV，使得化0的激子能够在室温下稳定存在。因此，ZnO材料在室温下或更高温度下容 易实现低的激发阔值和较高效率的激光发射。此外，ZnO具有原材料资源丰富，价格低廉， 抗福射能力强，绿色环保等优点，在藍紫光发光二极管、太阳能电池、激光器、紫外光探测器 等光电器件领域有着广泛的应用前景。
[0004] 因此，我们急需探索一种增强ZnO紫外发光强度的简单工艺，而要满足新型设备 和产业所需的低成本、大规模、高要求的生产技术仍是一项大的挑战。现有技术中的研究表 明Ce渗杂化0的光致发光发生红移，化渗杂ZnO薄膜的光致发光发生藍移。
[0005] 参考文献：
[0006] IQBAL J, LIU X F, Z皿 H C, PAN C C, ZHANG Y, YU D P, YU R 比 Trapping of Ce electrons in band gap and room temperature ferromagnetism of Ce^doped ZnO nanowires[J]. J. Appl. Phys. , 2009, 106:083515-6.
[0007] CHEN Y,XU X L, ZHANG G H, XUE H, MA S Y. Blue shift of optical band gap in Er-doped ZnO thin films deposited by direct current reactive magnetron sputtering technique[J]. Physica E,2010,42:1713-1716.
【发明内容】
[000引针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的研究发现通过调节锭的惨杂浓度能有效 的控制ZnO紫外发射强度，从而实现了增强ZnO紫外发光强度的目的。
[0009] 本发明的目的是该样实现的：
[0010] Y3+增强ZnO纳米材料紫外发射强度的应用。
[0011] 具体的，所述的ZnO纳米材料的粒径为40~60皿。
[0012] 更具体的，将Y3+渗入ZnO纳米材料中增强ZnO纳米材料紫外发射强度，Y 3+占化0 纳米材料的摩尔分数为1 %~9%。
[001引进一步的，将Y3+渗入ZnO纳米材料中的方法为；
[0014] 将含锭化合物、含锋化合物与巧樣酸通过溶胶凝胶法制备得到ZnO纳米材料，含 锋化合物与巧樣酸的摩尔比为1:3。
[0015] 还有，所述的锭化合物为硝酸锭，所述的锋化合物为硝酸锋。
[0016] 本发明的优点和积极效果如下：
[0017] (1)本发明通过改变锭的渗杂浓度，在渗杂未达到饱和状态时，随着锭渗杂浓度的 提高，在深能级发射强度基本保持不变的情况下，氧化锋的紫外发射强度增加；在渗杂浓度 达到饱和浓度时，锭渗杂的氧化锋具有最强的紫外发射强度；在渗杂浓度超过饱和浓度时， 随着渗杂浓度的增加，锭渗杂的氧化锋的紫外发射强度减弱。说明锭的饱和浓度渗杂氧化 锋纳米材料具有最优的紫外发射强度。通过X射线衍射图谱计算可知，锭渗杂氧化锋的最 佳的饱和浓度为6. 12% ;
[001引似本发明稀±元素锭渗杂的氧化锋纳米材料的X射线衍射图谱（见图1)表明， 制备出的样品是纤锋矿结构的氧化锋，在锭渗杂低于饱和浓度时，没有其它杂相存在；锭渗 杂浓度为5%的氧化的透射电子显微镜图（图3)表明，锭渗杂ZnO纳米材料的形貌为粒子 状，粒子的尺寸约为40~60nm ;锭渗杂氧化锋纳米粒子的X射线光电子能谱（图4)和X射 线衍射图谱（图1)表明，锭渗杂浓度超过进入氧化锋晶格的饱和浓度时，超过的部分是W =氧化二锭的形式存在于样品中；光致发光谱图（图5)表明，在锭渗杂浓度低于饱和浓度 时，氧化锋纳米材料在深能级发射强度基本不变的情况下，能够有效的增强氧化锋的紫外 发射强度，当锭渗杂达到饱和浓度时，氧化锋具有最强的紫外发光，当锭渗杂超过饱和浓度 时，氧化锋的紫外发射强度减弱；UVz,,,_A0/UVzn0和UV/DLE随着锭渗杂浓度变化的函数关 系（图6)表明，锭渗杂浓度为7%时，渗杂后的氧化锋纳米材料的紫外发射强度是未渗杂氧 化锋紫外发射强度的9倍，此外，锭渗杂浓度为7%时，氧化锋紫外和可见光强度的比值最 大为32。
[0019] (3)本发明溶胶凝胶法具有操作简单，成本低，反应容易进行，所需温度低等特点， 便于大规模生产，仅通过改变稀上元素锭的渗杂浓度就可W实现氧化锋的紫外发射强度增 加，该种简单有效的能够增强紫外发射的方法，有望推动超敏感紫外探测器在光学传感器 和光连接设备等方面的发展。
【附图说明】
[0020] 图1是实施例一到六的氧化锋纳米粒子的X射线衍射图谱，右上角插图为实施例 六的氧化锋纳米粒子的X射线衍射图谱的放大图；
[0021] 图2是实施例一到六的氧化锋纳米粒子的晶格常数C及半峰宽函数关系图；
[0022] 图3是实施例四的氧化锋纳米粒子的透射电子显微镜图；
[0023] 图4是实施例四的氧化锋纳米粒子的X射线光电子能谱图；
[0024] 图5是实施例一到六的氧化锋纳米粒子的室温光致发光谱图；
[0025] 图6是实施例一到六的氧化锋纳米粒子与未渗杂锭离子的氧化锋纳米粒子的紫 外发射强度的比和实施例一到六的氧化锋纳米粒子的紫外与可见光发射强度比的函数关 系曲线图。
[0026] W下结合说明书附图和具体实施式对本发明做具体说明。
【具体实施方式】
[0027] 本发明的目的旨在提供一种增强ZnO紫外发射强度的可控生长工艺，主要是采用 溶胶凝胶法，将不同浓度的锭渗杂进入ZnO纳米材料，通过调节锭的渗杂浓度有效的控制 ZnO紫外发射强度，克服了现有技术的缺点和困难，该种简单有效的能够增强紫外发射的方 法，有望推动超敏感紫外探测器在光学传感器和光连接