PDF《Al 纳米颗粒表面等离激元对 ZnO 光致发光增强的研究*》

3 所示. 由吸收谱的结果可知,?Al 纳米颗粒的吸收谱 在380?nm 处有明显的共振峰,?归因于 Al 纳米颗 粒表面等离子体的共振吸收.?这个位置刚好与 ZnO 的UV 峰相吻合 [19].?ZnO 在380?nm 附近的 发射峰是由本身激子激发的,?其带边发光峰 PL 谱 的增强是由 Al 纳米颗粒表面等离子体和 ZnO 自 身激子相互作用引起的.?Al 纳米颗粒表面存在大 量的自由电子,?当入射光频率和 Al 纳米颗粒表面 自由电子振荡的固有频率一致时,?光入射到金属纳 米颗粒表面,?其表面自由电子被激发并产生共振, 这就是金属纳米颗粒的表面等离子体共振现象[21] . 表面等离子体共振会产生强烈的光吸收,?并且极大 地增强 Al 纳米颗粒的表面局域电场,?使ZnO 的PL 得到增强,?具体表现在增加 ZnO 激子复合概 率、增强其发光的泵浦率、提高 ZnO 的光吸收截面 等[22,23] .?与此同时,?当ZnO 的激子被激发后,?如果 该能量与 Al 纳米颗粒偶极子的振荡能量,?即表面 等离子体共振频率接近时,?就可以激发 Al 纳米颗 粒的表面等离子体振荡,?通过电磁相互作用,?其能 量被转移到 Al 纳米颗粒上,?反过来,?后者又可以 激发 ZnO 的PL[24] ,?这就可以解释为什么对 ZnO 带边发光 380?nm 附近处的 PL 峰增强倍数大,?而520?nm 附近处缺陷发光 PL 峰增强倍数小,?因为 Al 纳米颗粒消光谱的共振峰刚好与 ZnO 带边发 光峰相吻合.?另外,?如果金属纳米颗粒表面局域电 场比较强,?还有可能使表面物质的能带结构发生改 变,?当ZnO 激子复合发光与 Al 纳米颗粒的表面等 离子体相互作用时,?其380?nm 附近的 UV 峰会发 生轻微红移[25?27]. 为了进一步验证 ZnO 带边发光峰的增强确实 是由于 Al 纳米颗粒表面等离子体与 ZnO 的激子 发生强烈的相互作用引起的,?而不是由于引入 Al 纳米颗粒、从而提高 ZnO 薄膜表面粗糙度、进 而提高光取出面积造成的,?本文通过 AFM 表征分 析了 ZnO 薄膜的表面形貌,?如图 4(a) 和图 4(b) 所示.?图4(a) 为没有引入 Al 纳米颗粒的 ZnO 薄膜 表面形貌,?图4(b) 为引入 Al 纳米颗粒的 ZnO 薄 膜表面形貌. 由实验结果可知,?对于没有引入 Al 纳米颗粒 的ZnO 薄膜,?其均方根粗糙度计算值为 3.34?nm, 引入 Al 纳米颗粒的 ZnO 薄膜,?其均方根粗糙度计 ? 图?2????引入 Al 纳米颗粒前后 ZnO 的PL 光谱 Fig.?2.?Comparison?of?ZnO?photoluminescence?spectra?with and?without?Al?nanoparticles. ? ? 图?3????Al 纳米........