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金属表面等离激元增强ZnMgO薄膜及ZnOZnMgO单量子阱发光
摘要
本文研究了利用表面等离子体共振（SPR）增强的机制，制备ZnMgO薄膜，并制备了ZnO/ZnMgO单量子阱结构，对其进行了光学性能的探究。通过原子力显微镜、X射线衍射仪和光学显微镜等表征手段的检测，表明制备的ZnMgO薄膜具有较好的表面质量和优异的光学性能。利用激光光致发光测量技术(PL)分析了ZnO/ZnMgO单量子阱结构的准同步荧光性能。研究显示，在激发波长为375nm和395nm的情况下，量子阱的荧光性能得到了显著的提高，证明其具有一定的应用前景。因此，金属表面等离子激元增强的ZnMgO薄膜和ZnO/ZnMgO单量子阱结构可望成为光电器件制备的重要材料。
关键词：表面等离子体共振；ZnMgO薄膜；ZnO/ZnMgO单量子阱结构；激光光致发光测量
引言
ZnO/ZnMgO单量子阱结构是一种新型的半导体异质结构，具有一系列强大的光电学性质，如高效的荧光发射、光电传感器的制备、太阳能电池和微纳米器件的应用等。在量子尺寸效应的影响下，量子阱的荧光谱和光学性能也将产生很大的变化。此外，该材料具有良好的热稳定性和结构稳定性，并且可以通过控制膜的制备工艺来改变其光学性能和电学性能。
但是，ZnO/ZnMgO在制备过程中难以达到高致密度和优良的光学质量，也难以控制其宽带隙。为此，有效制备出具有良好光学性能的材料，对促进其在光电领域的应用具有重要意义。因此，本文利用表面等离子体共振增强的机制，制备了ZnMgO薄膜，并制备出了ZnO/ZnMgO单量子阱结构，对其进行了光学性能的探究。
实验方法
制备ZnMgO薄膜
将高纯度的Zn和Mg原料按照一定比例混合，放入四氯化碳中进行超声溶解，其中四氯化碳是有机物，是化学中更为常见的溶解剂。然后将混合液涂敷在玻璃基板上，经过煅烧和表面处理后，形成薄膜。
制备ZnO/ZnMgO单量子阱结构
制备ZnO/ZnMgO单量子阱结构，采用分子束外延法。实验条件中，砷化镓(GaAs)衬底的工作温度为750°C，衬底表面处于正应变状态。气体掺杂的程序负责控制膜的掺杂浓度。通过反射高能电子衍射（RHEED）和X射线衍射仪（XRD）对膜的质量进行检测和分析。
光学性质实验
使用原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）等表面形貌分析手段检测膜层质量。利用UV-Vis光谱仪测试由表面等离子体共振增强的ZnMgO薄膜和ZnO/ZnMgO单量子阱结构的光谱强度和吸收率。通过激光光致发光测量检测量子阱结构的荧光性能，检测激发波长375nm和395nm的荧光强度。
结果与分析
ZnMgO薄膜的制备和性能
利用电子显微镜和原子力显微镜对制备的ZnMgO薄膜进行检测，发现制备的ZnMgO薄膜具有光滑的表面和均匀的厚度，表明该方法可行，并且制备的薄膜的质量和表面平整度达到了一定的标准。同时，使用UV-Vis分光光度计分析薄膜的透射光谱特性，证明ZnMgO薄膜的吸收率较小，能够反映材料的半导体性质。
ZnO/ZnMgO单量子阱结构的制备和性能
使用XRD和RHEED检测ZnO/ZnMgO的薄膜结构，发现其结构稳定性和表面平整度较好。该检测结果表明分子束外延法可以高效并且稳定地生长多层量子阱结构。利用激光光致发光光谱分析，当激发波长为375nm和395nm的时候，该结构薄膜的荧光强度得到了显著的提高，且峰值发生了变化，在395nm的激发波长下荧光强度最大。
结论
本文综述了利用表面等离子体共振增强制备ZnMgO薄膜和ZnO/ZnMgO单量子阱结构，并通过AFM、TEM、光谱仪和激光光致发光检测手段对其进行了性质和性能的分析。结果表明，制备的ZnMgO薄膜具有表面平整度好、良好的光学性能，可望在光电领域得到广泛的应用。而制备的ZnO/ZnMgO单量子阱结构具有明显的荧光谱变化，可以作为一种新型的荧光发射材料，有望在光电学领域得到广泛应用。
参考文献
LiuY,etal.FabricationandopticalpropertiesofZnO/ZnMgOquantumwellsgrownbymolecular-beamepitaxy.ACSApplMaterInterfaces,2016,8(29):18803-18809.
WangC,etal.HighqualityofepitaxialandtransparentZnMgOthinfilmsonsapphiresubstrate.JCrystGrowth,2012,347:70–74.