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ZnO是一種兩性白色氧化物(俗稱鋅白)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnOzui穩(wěn)定，因此zui為常見。如圖1所示，纖鋅礦結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)或改變氧化鋅的性質(zhì)特性，從而獲得應(yīng)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(lǐng)域表現(xiàn)出來的*性質(zhì)而備受關(guān)注。

圖1 ZnO纖鋅礦結(jié)構(gòu)

    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(jié)構(gòu)，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(guān)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(yīng)于ZnO的帶邊躍遷的自由激子復(fù)合；392nm左右的發(fā)射峰屬于帶間輻射躍遷的結(jié)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(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用提供理論指導。

 【本文作者：分析儀器事業(yè)部（AID）應(yīng)用研發(fā)部石廣立工程師】
  參考文獻
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  [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