Ag,Si及稀土离子注入ZnO等晶体的光学及结构特性研究
发布时间：2020-11-21 22:10
氧化锌(ZnO)是一种常见的宽禁带半导体材料,具有出色的光学、电学和结构特性,在光电领域有着重要应用。TeO_2晶体在110方向和(001)面具有很高的声光阈值,在光学开关器件、光学放大器等领域有着潜在应用。在众多激光基质材料中,稀土掺杂钒酸盐晶体由于出色的低激光阈值、高的斜效率,在固体激光领域获得了广泛关注;其中YVO_4及YbVO_4晶体是杰出的高效半导体泵浦激光基质材料。本论文分别利用keV的Tm和Yb离子共注入ZnO晶体、keV的Ag和Nd注入TeO_2晶体、MeV的Si离子注入YbVO_4晶体、MeV的C离子注入HoYb:YVO_4晶体。通过SRIM计算拟合、X射线衍射谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)、卢瑟福背散射/沟道谱(RBS/C)、棱镜耦合测试、光致荧光光谱(PL)等测试方法表征了注入后样品的光学及结构特性。论文主要内容有:利用能量keV、总剂量~10~(15) cm~(-2)的Tm和Yb离子共注入Zn O单晶,注入后样品分别在800oC及1000oC下退火30分钟,分别利用RBS/C及XRD研究了注入样品的损伤及结构特性。采用532 nm及980 nm激发光源分别研究了注入样品的近红外(1415 nm-1450 nm)及可见光波段的上转换(484 nm和673nm)荧光发射特性。利用290 keV的Ag离子(剂量3.0×10~155 cm~(-2))、360 keV的Nd离子(剂量2.0×10~155 cm~(-2))注入TeO_2单晶,注入后样品在400oC进行退火处理,利用PL谱,在532 nm激发光源下研究了注入样品的近红外荧光发射特性,研究结果表明Nd/Ag共注TeO_2样品可以显著增强Nd~(3+)荧光发射。利用3.0 MeV的Si离子注入YbVO_4单晶。棱镜耦合测试结果表明,在633nm激发波长下,注入样品形成了寻常折射率增加型光波导。分别采用335 nm及930 nm激发光源研究了注入样品的近红外荧光发射谱。利用高分辨HRXRD测试分析了注入样品的结构特性。利用6.0 MeV C离子注入HoYb:YVO_4单晶,剂量5.0×10~(13)-1.35×10~155 cm~(-2)。利用棱镜耦合方法研究了注入样品形成的光波导结构。分别采用410 nm、980nm波长激发光源,研究了注入样品的荧光下转换及荧光上转换发射特性。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O734
【部分图文】：
图 2.1 SRIM 拟合 Tm、Yb离子在 ZnO 中的深度分布Figure 2.1 Depth profiles of Tm and Yb ions in ZnO according to SRIM calculation.2 RBS/C 测试与讨论 (RBS/C measurement and discussion)利用卢瑟福背散射/沟道测试可以分析样品的结构缺陷，晶格紊乱程度，杂质的分布轮廓。背散射/沟道具有高分辨率、非破坏性以及对重元素敏感点。利用随机谱，沟道谱和损伤谱数据可以分析计算离子辐照对晶格的损度以及注入杂质分布。相关结果如下。图 2.2 和图 2.3 表示的是 Tm 离子单O 的样品在 800℃和 1000℃退火后的 RBS/C 谱。图 2.2 中，两种温度退火品的损伤谱产额均高于 ZnO单晶的沟道谱，测试结果表明注入引起 ZnO晶子位移，从而产生间隙原子引起退沟道效应使注入后样品的产额增高。结时显示，注入样品的损伤谱产额远低于随机谱，表明注入引起的近表面损然保持在较低水平。此外，比较两种不同温度退火结果可以看出 1000℃退样品的沟道谱要低于 800℃退火后的沟道谱，这说明高温退火可以减弱离入带来的退沟道效应，降低在离子注入过程产生的晶格损伤。图 2.3 为注样品中 Tm 元素随机谱分布，结果表明 Tm 主要分布在 1380-1440 沟道区域
Tm单注ZnO的RBS/C谱
定杂质的分布轮廓。背散射/沟道具有高分辨率、非破坏性以及对重元素敏感等特点。利用随机谱，沟道谱和损伤谱数据可以分析计算离子辐照对晶格的损伤程度以及注入杂质分布。相关结果如下。图 2.2 和图 2.3 表示的是 Tm 离子单注ZnO 的样品在 800℃和 1000℃退火后的 RBS/C 谱。图 2.2 中，两种温度退火后样品的损伤谱产额均高于 ZnO单晶的沟道谱，测试结果表明注入引起 ZnO晶格原子位移，从而产生间隙原子引起退沟道效应使注入后样品的产额增高。结果同时显示，注入样品的损伤谱产额远低于随机谱，表明注入引起的近表面损伤仍然保持在较低水平。此外，比较两种不同温度退火结果可以看出 1000℃退火后样品的沟道谱要低于 800℃退火后的沟道谱，这说明高温退火可以减弱离子注入带来的退沟道效应，降低在离子注入过程产生的晶格损伤。图 2.3 为注入后样品中 Tm 元素随机谱分布
【参考文献】
本文编号：2893674
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O734
【部分图文】：
图 2.1 SRIM 拟合 Tm、Yb离子在 ZnO 中的深度分布Figure 2.1 Depth profiles of Tm and Yb ions in ZnO according to SRIM calculation.2 RBS/C 测试与讨论 (RBS/C measurement and discussion)利用卢瑟福背散射/沟道测试可以分析样品的结构缺陷，晶格紊乱程度，杂质的分布轮廓。背散射/沟道具有高分辨率、非破坏性以及对重元素敏感点。利用随机谱，沟道谱和损伤谱数据可以分析计算离子辐照对晶格的损度以及注入杂质分布。相关结果如下。图 2.2 和图 2.3 表示的是 Tm 离子单O 的样品在 800℃和 1000℃退火后的 RBS/C 谱。图 2.2 中，两种温度退火品的损伤谱产额均高于 ZnO单晶的沟道谱，测试结果表明注入引起 ZnO晶子位移，从而产生间隙原子引起退沟道效应使注入后样品的产额增高。结时显示，注入样品的损伤谱产额远低于随机谱，表明注入引起的近表面损然保持在较低水平。此外，比较两种不同温度退火结果可以看出 1000℃退样品的沟道谱要低于 800℃退火后的沟道谱，这说明高温退火可以减弱离入带来的退沟道效应，降低在离子注入过程产生的晶格损伤。图 2.3 为注样品中 Tm 元素随机谱分布，结果表明 Tm 主要分布在 1380-1440 沟道区域
Tm单注ZnO的RBS/C谱
定杂质的分布轮廓。背散射/沟道具有高分辨率、非破坏性以及对重元素敏感等特点。利用随机谱，沟道谱和损伤谱数据可以分析计算离子辐照对晶格的损伤程度以及注入杂质分布。相关结果如下。图 2.2 和图 2.3 表示的是 Tm 离子单注ZnO 的样品在 800℃和 1000℃退火后的 RBS/C 谱。图 2.2 中，两种温度退火后样品的损伤谱产额均高于 ZnO单晶的沟道谱，测试结果表明注入引起 ZnO晶格原子位移，从而产生间隙原子引起退沟道效应使注入后样品的产额增高。结果同时显示，注入样品的损伤谱产额远低于随机谱，表明注入引起的近表面损伤仍然保持在较低水平。此外，比较两种不同温度退火结果可以看出 1000℃退火后样品的沟道谱要低于 800℃退火后的沟道谱，这说明高温退火可以减弱离子注入带来的退沟道效应，降低在离子注入过程产生的晶格损伤。图 2.3 为注入后样品中 Tm 元素随机谱分布
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 吉田和夫;石谷炯;张淑芳;;用离子注入法进行金属表面改性处理[J];国外金属热处理;1989年01期
本文编号：2893674
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