脉冲激光沉积光致发光薄膜和激光烧蚀产物的分布-物理化学专业毕业论文.docxVIP

脉冲激光沉积光致发光薄膜和激光烧蚀产物的分布 脉冲激光沉积光致发光薄膜和激光烧蚀产物的分布————————、、一～———、～—————一～ 摘要 本文主要包括两部分。第一部分包括第三到第五章，分别介绍使用脉冲激光 沉积(pulsed laser deposition，PLD)技术制备具有光致发光性质的薄膜Sr2Ce04， Ga203和八羟基喹啉铝(aluminum tris一8．hydroxyquinoline，Alq3)。第二部分包括第 六、第七章，分别介绍使用四极质谱和光谱技术，测定了脉冲激光烧蚀(pulsedlaser ablation，PLA)金属氧化物所得产物的质量分布、能量分布和空间角分布，以研究 其物理化学过程。 PLD技术制备薄膜，由于其独特的优点，已最近被人们广为利用。本文使 用PLD技术制备了三种薄膜， Sr2Ce04，Ga203和Alq3。它们都具有光致发光 (photoluminescence，PL)的性质。具有PL性质的薄膜在科研和工业生产中有着广 泛地应用。 ^ 一【发射蓝光的Sr2Ce04是由Danielson等人1998年在SCIENCE上首次报道的， 他竹搬用组合化学的合成方法获得了这种新的发光材料。在我们实验室，使用高 温烧结技术和微波合成技术，由SrC03和Ce02制备了Sr2Ce04粉末。x射线衍 射(Ⅺ①)显示，使用这两种技术获得的粉末材料都呈正交晶系。 Sr2CeO。的PL 信号峰值在470rim左右。同时，使用PLD技术制备了Sr2Ce04薄膜，并且尝试 了不同的实验条件以获得性能较佳的Sr2Ce04薄膜。另外，测量了Sr2Ce04粉末 和薄膜的时间分辨的PL谱，其寿命分别为281xs和18“s。这样相对较长的寿命 显示了Sr2CeO。具有非常特殊的发光机理，本文对此作了一定的讨论。 采用脉冲激光沉积技术在氧气氛中制备了Ga20，薄膜。XRD表明薄膜属于 D单斜晶系，薄膜的颗粒在纳米量级：原子力显微镜显示随着氧气压强的增加， 薄膜颗粒增大。测定了薄膜的光致发光，发现沉积时氧气压强的增加可以提高纯 Ga20s薄膜的发光强度，且峰位红移。Ga20，靶物质中掺杂少量的CeO：后所得 到的薄膜，其发光强度可以明显地增加。此外。还利用发光光谱技术研究了由激 光烧蚀所产生的羽状物中Ga原子或离子的氧化反应。 作为一种有机发光材料，Alq3近年来被广泛研究。采用PLD技术制备了Alq3 薄膜。除了测量薄膜的PL性质，还使用XRD和傅立叶变换红外光谱表征了薄 膜的结构。沉积薄膜时，激光能量密度应当小于25 mJ／cm2，此条件下获得的薄 膜具有较高的发光强度和稳定性。在100％的湿度下放置一周，薄膜仍然保持原 有的结构。另外，掺杂少量的聚乙烯咔唑[poly(vinylcarbazole)，PVK]之后，A／q3 V薄膜的稳定性可以得到提高。在Ar气氛中沉积，也可以提高薄膜的稳定性。∥ V 薄膜的稳定性可以得到提高。在Ar气氛中沉积，也可以提高薄膜的稳定性。∥ 本文的第二部分分别介绍使用四极质谱和光谱技术，研究激光烧蚀金属氧化 物的产物粒子的质量、能量和空间分布，羽状物的特性，以及外界条件的影响。 这些都对薄膜的沉积产生有重大影响。 一／四极质谱法研究了下列三个体系的烧蚀产物的质量分布、能量分布和空间角 分布：f1)LiCoO：。在激光能量密度较低时，烧蚀产物中包含Li，LiO，Li4，Co，CoO 和C002和。在较高的激光能量密度下，还可以观测到LhO，Li02，LifO和Li2C002 等。“+．co+和LiO+的TOF谱可以使用带质心速度的麦克斯韦．波尔兹曼 fMaxwell—Boltzmann．M-B)分布进行拟合。由各自的TOF计算得到Li十，co+和LiO+ 的平动能，在激光能量密度为0．4．1．7 J／cmz时，分别保持在0．72，O．55和1．2 eV 不变。而由TOF积分得到的信号强度则随着激光能量密度的增加而线性增加。 产物中的O+和Ti+离子的空间角分布可以使用cosO拟合。而中性的0和Ti原子 的空间角分布可以用acos0+(1-a)cos“0拟合。激光能量密度对尖度系数(sharpness parameter)n有重要的影响。由此推测，Li，LiO和Co主要是由激光烧蚀的非热 过程产生的，其它粒子的产生则是非热过程与热过程共同作用的结果。 (2)Ti02。激光烧蚀Ti02的主要产物包括O，02，Ti，TiO和Ti02。它们的TOF 谱同样可以用带质心速度的M-B分布进行拟合。产物中的O+和Ti+离子的空间角 分布可以使用COsne拟合。而中性的O和Ti原子的空间角分布可以用acos0+(1． a)cos“0拟合。 (3)YlBa2Cu30伯。首先测定了原子和离子态的Y