鉑、氧化錫奈米顆粒/氧化鋅奈米柱異質結構之光學性質研究

Optical Properties of Nanoheterostructures of ZnO/Pt and ZnO/SnO

林建銘(Jian-Ming Lin)

指導教授 ： 陳永芳

國立臺灣大學/理學院/物理研究所/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2006.00078

摘要

本文中我們利用各種光學量測，研究氧化鋅奈米柱與其他物質結合的異質結構特性，包括氧化鋅(ZnO)與白金(Pt)和氧化鋅(ZnO)與氧化錫(SnO)等異質結構的光學性質。由於不同材料的特性，我們發現這些異質結構充滿一些讓人驚奇的現象。對於不同材料組合的異質結構特性，我們大致分成兩個部分作討論：
第一部分主要探討氧化鋅與白金的異質結構，透過這樣的組合我們發現氧化鋅的光致螢光強度(Photoluminescence Intensity)可以被增強達15倍之多。除了氧化鋅本身的材料特性，白金金屬的表面電漿子(Surface Plasmon)亦是造成光致螢光增強的重要原因。因為當氧化鋅放射的螢光電磁場與白金金屬的表面電漿子互相共振時，在奈米尺度範圍內將產生很強的侷限電磁場，藉由半導體與金屬之間電磁場的能量傳遞而達到增強螢光強度的效果。
第二部分主要探討氧化鋅與氧化錫的異質結構，藉由不同半導體的組合我們發現氧化鋅光致螢光的放光效果更好，增強的倍率甚至超過一千倍。由於不同半導體的傳導帶(Conduction Band)與共價帶(Valence Band)的位置不同，導致載子(carrier)受力在能帶之間遷移達到增強半導體放光的效果。所以在第二部分，半導體內部載子的遷移扮演了增強氧化鋅光致螢光強度的重要角色。
我們提出這樣的方法，藉由利用不同材料結合的異質結構，相信它對日益重要的能源節約或以後的光電製造業有莫大的幫助。

關鍵字

氧化鋅 ； 光致螢光光譜 ； 表面電漿子 ； 載子傳輸

並列摘要

By the formations of ZnO/Pt and ZnO/SnO, we found that the band edge emission can be greatly enhanced and the defect emission of ZnO nanorods is suppressed simultaneously. The photoluminescence (PL) intensity ratio between the band gap and defect emission can be improved by up to three and four orders of magnitude, respectively. In additional to the surface modification of ZnO nanorods, the underlying mechanism behind the giant enhancement and quenching for the ZnO/Pt nanocomposites is a combination of the energy transfer between defect, surface plasmon resonance in Pt nanoparticles, as well as electron-hole pairs generation and recombination in the ZnO nanorods. For the nanocomposites of ZnO nanorods and SnO nanoparticles, carrier transfer from SnO nanoparticles to ZnO nanorods plays an important role for enhancing the PL emission. Our approach is very useful for creating highly efficient optoelectronic devices.

並列關鍵字

ZnO ； Photoluminescence ； surface plasmon ； carrier transfer

參考文獻

7. W. C. Lai, J. An, and H. C. Ong, Appl. Phys. Lett. 86, 251105 (2005).

10. D. H. Zhang, Z. Y. Xue, Q. P. Wang, and J. Ma, Proc. SPIE 4918, 425 (2002).

14. S. Wedge and W. L. Barnes, Opt. Express 12, 3673 (2004).

15. S. Wedge, J. A. E. Wasey, W. L. Barnes and I. Sage, Appl. Phys. Lett. 85, 182 (2004).

18. H. Gerischer, and M. Lubke, J. Electroanal. Chem. 204, 225 (1986).