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第1章 绪论1

1.1 纳米材料概述1

1.2 纳米材料的制备方法2

1.2.1 磁控溅射法2

1.2.2 化学气相沉积法5

1.2.3 金属有机化学气相沉积5

1.2.4 分子束外延法6

1.2.5 溶胶—凝胶法7

1.2.6 脉冲激光沉积法8

1.2.7 喷雾热分解法9

1.3 纳米材料的表征方法9

1.3.1 X射线衍射10

1.3.2 扫描隧道显微镜11

1.3.3 原子力显微镜13

1.3.4 扫描电子显微镜14

1.3.5 透射电子显微镜15

1.3.6 场发射电子显微镜15

1.3.7 椭圆偏振光谱仪15

1.3.8 二次离子质谱探针16

1.3.9 透射谱和吸收谱16

1.3.10 拉曼光谱17

1.3.11 红外光谱测试仪18

1.3.12 光致发光谱19

1.3.13 光致激发谱20

1.3.14 荧光寿命光谱20

1.3.15 发光量子产率20

1.3.16 发光强度20

1.3.17 X射线光电子能谱仪（XPS）21

1.3.18 俄歇电子能谱仪21

1.3.19 伏安特性22

1.3.20 场发射特性22

1.3.21 穆斯堡尔谱26

1.3.22 方块电阻27

1.4 纳米材料的理论模拟方法28

1.4.1 量子化学法29

1.4.2 分子动力法29

1.4.3 Monte Carlo法30

1.5 纳米材料结构中的缺陷31

1.5.1 点缺陷31

1.5.2 线缺陷32

1.5.3 面缺陷32

1.6 纳米材料的应用33

1.6.1 纳米技术在微电子学上的应用33

1.6.2 纳米技术在光电领域的应用35

1.6.3 纳米技术在分子组装方面的应用37

1.6.4 纳米技术在其他方面的应用38

1.7 几种纳米材料的发展趋势38

1.7.1 硅材料38

1.7.2 GaAs和InP单晶材料41

1.7.3 半导体超晶格、量子阱材料41

1.7.4 一维量子线、零维量子点半导体微结构材料44

1.7.5 碳纳米材料45

1.7.6 团簇材料46

1.7.7 宽带隙半导体材料48

1.8 氧化锌纳米材料概述49

1.8.1 ZnO的基本性质50

1.8.2 ZnO的制备63

1.8.3 ZnO薄膜的应用70

1.8.4 ZnO的研究进展74

1.8.5 ZnO薄膜光学特性研究中的不足77

1.9 氧化硅纳米材料概述79

1.9.1 SiO2的基本性质80

1.9.2 研究进展81

1.9.3 半导体纳米镶嵌SiO2材料的研究意义84

1.9.4 纳米粒子镶嵌SiO2材料的制备85

1.9.5 纳米粒子镶嵌SiO2材料光致发光和电致发光机制86

参考文献88

第2章 纳米材料发光的基础理论95

2.1 固体发光基本概念95

2.2 固体中电子的能量状态99

2.3 晶格热容的量子理论100

2.3.1 量子谐振子（晶格振动可近似为简谐振动）101

2.3.2 晶格热容的量子理论103

2.3.3 爱因斯坦模型104

2.3.4 德拜模型104

2.4 半导体的激发与发光109

2.4.1 直接带隙半导体和间接带隙半导体109

2.4.2 半导体辐射复合发光类型110

2.5 半导体纳米材料的量子效应113

2.5.1 量子尺寸效应114

2.5.2 介电限域效应114

2.5.3 量子隧穿效应115

2.5.4 库仑阻塞效应116

2.6 纳米材料的发光机理研究117

2.6.1 量子限制发光模型118

2.6.2 界面层中的激子效应发光模型118

2.6.3 与氧有关的缺陷发光模型119

2.6.4 量子限制效应—发光中心发光模型120

2.6.5 直接跃迁发光模型120

2.7 ZnO中与可见光发射相关的缺陷理论121

2.8 功函数123

参考文献124

第3章 铝掺杂氧化锌薄膜的微结构及光学特性126

3.1 引言126

3.2 实验工艺和基本参数126

3.3 Zn1-x AlxO薄膜的微结构及光学性质研究127

3.3.1 Al的掺杂浓度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响128

3.3.2 氧分压对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响134

3.3.3 衬底温度对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响139

3.3.4 溅射功率对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响142

3.3.5 退火温度对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响147

3.3.6 退火时间对Zn0.976Al0.024O薄膜微结构和光学特性的影响150

3.4 小结153

参考文献153

第4章 Mg掺杂ZnO薄膜的光学性质研究156

4.1 引言156

4.2 实验工艺和基本参数156

4.3 Zn1-x MgxO薄膜的微结构及光学性质研究157

4.3.1 Zn1-x MgxO薄膜的晶体结构157

4.3.2 Zn1-x MgxO薄膜的表面形貌160

4.3.3 Zn1-x MgxO薄膜的光学特性162

4.4 小结166

参考文献167

第5章 Ti掺杂ZnO薄膜的光学性质研究170

5.1 引言170

5.2 实验工艺和基本参数170

5.3 Zn1-x TixO薄膜微结构表征及光学性质研究171

5.3.1 溅射功率对Zn1-x TixO薄膜微结构及光学性质的影响171

5.3.2 衬底类型对Zn1-x TixO薄膜微结构及光学性质的影响180

5.3.3 氧分压对Zn1-x TixO薄膜微结构及光学性质的影响182

5.4 小结186

参考文献187

第6章 Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质研究190

6.1 引言190

6.2 实验工艺和基本参数190

6.3 Zn1-x CuxO薄膜结构表征及光学性质研究191

6.3.1 Cu掺杂浓度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响191

6.3.2 氧分压对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响194

6.3.3 衬底温度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响199

6.3.4 退火温度对ZnO薄膜微结构和光学特性的影响203

6.4 小结204

参考文献205

第7章 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层薄膜的微结构和光学性质208

7.1 引言208

7.2 实验工艺和基本参数209

7.3 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的微结构和光学特性209

7.3.1 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的晶体结构209

7.3.2 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的表面形貌211

7.3.3 Si/Al2O3/Zn/ZnO多层膜的光学特性211

7.4 小结217

参考文献217

第8章 不同缓冲层对ZnO薄膜的微结构和光学性能影响220

8.1 引言220

8.2 实验工艺和基本参数221

8.3 不同缓冲层ZnO薄膜的微结构和光学特性222

8.3.1 不同缓冲层类型对ZnO薄膜光学特性的影响222

8.3.2 不同Zn缓冲层厚度对ZnO薄膜光学特性的影响226

8.4 小结230

参考文献230

第9章 镶嵌纳米锗粒、纳米碳粒和纳米硅粒氧化硅膜的电致发射对比研究232

9.1 引言232

9.2 实验工艺和基本参数235

9.3 镶嵌纳米锗粒（碳粒或硅粒）氧化硅膜的电致发射对比研究235

9.3.1 锗／氧化硅纳米多层膜的电致黄光发射研究235

9.3.2 锗／氧化硅和硅／氧化硅薄膜电致发光的比较研究238

9.3.3 锗／氧化硅和碳／氧化硅薄膜电致发光的比较研究241

9.3.4 镶嵌纳米碳粒和纳米硅粒氧化硅膜的电致红光发射研究243

9.4 小结247

参考文献247

第10章 结论与展望249

10.1 总结249

10.1.1 ZnO薄膜的发光性质249

10.1.2 硅基纳米镶嵌材料250

10.2 展望251

10.2.1 实现掺杂ZnO薄膜中三基色的同时发射251

10.2.2 可用于太阳能电池中的ZnO基异质结的研究251

10.2.3 硅基纳米器件252