ZnO为直接带隙的宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,且激子束缚能高达60meV,比室温热离化能26meV大很多。因此,与ZnSe(22meV), ZnS(40meV)和GaN(25meV)相比,ZnO是一种合适的用于室温或更高温度下的紫外光发射材料。1996年,随着第一篇关于ZnO微晶结构薄膜在室温下光泵紫外受激发射报道的发表,这种材料重新引起人们的注意,并迅速成为半导体激光器件研究的国际新热点。但是在对ZnO的研究过程中,泵浦阈值较高是限制ZnO作为紫外激光材料的一个难点。一些金属纳米颗粒(比如Ag纳米颗粒)在外界光场的激发下,金属颗粒表面能产生局域表面等离子体激元(LSPs),这种局域表面等离子体的电场具有近场增强的性质,其能量增强效果可达1014。因此,我们可以将金属纳米颗粒与ZnO结合,制备出复合薄膜,利用Ag纳米颗粒的LSPs增强ZnO的发光强度,从而降低ZnO的泵浦阈值。本论文的主体分两个部分,第一部分关于ZnO/Ag复合薄膜材料的结构特性和发光性质的研究;第二部分关于ZnO纳米棒和纳米Ag颗粒复合材料的发光性质的研究。1.ZnO/Ag复合薄膜的光学性质的研究利用射频磁控溅射的方法在Si(111)衬底上依次镀上Ag和ZnO薄膜,并将该复合薄膜在750度的空气中退火一个小时。样品的XRD和FESEM结果表明,Ag薄膜在退火过程中会团聚成颗粒,并在ZnO薄膜中扩散,从而导致复合薄膜中出现“孔洞”,这对ZnO的结晶造成一定的破坏,并且随着Ag厚度的增加,对ZnO结晶质量的破坏就越严重。样品的PL结果表明,复合薄膜ZnO/Ag(5nm)和ZnO/Ag(10nm)在退火后的发光强度较纯ZnO薄膜在相同条件下退火后的发光强度有不同程度的增强,特别是ZnO/Ag(10nm)复合薄膜的带边发射强度为纯ZnO的12.3倍。我们把这种增强归结于Ag纳米颗粒的局域表面等离子体(LSP)的作用。而对于那些发光减弱的复合薄膜样品(ZnO/Ag(15nm)、ZnO/Ag(30nm)、ZnO/Ag(55nm)),我们认为Ag纳米颗粒在扩散过程中降低了ZnO的结晶质量,从而使复合薄膜的带边发射减弱。因此,一方面,Ag纳米颗粒的LSP具有增强ZnO的发光的作用,另一方面,Ag颗粒在扩散过程中会降低ZnO的结晶质量,使带边发射减弱,这两者相互竞争,从而最终决定复合薄膜的发光强度。2. ZnO纳米棒和Ag纳米颗粒复合材料的光学性质利用水浴法在石英衬底上生长出高质量的ZnO纳米棒,并在该纳米棒的表面用射频磁控溅射的方法镀上40nm的银薄膜。FESEM结果表明,Ag基本上都是以颗粒的形式包覆在ZnO纳米棒的表面。PL结果表明,该复合材料的发光强度较纯纳米棒也有一定的增强,这种增强也是来自于Ag纳米颗粒的局域表面等离子体(LSP)的作用。这为ZnO纳米棒与金属Ag的复合材料作为紫外激光材料提供了一个很好的发展方向。