CN103227419A - 基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器 - Google Patents
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Abstract
一种基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,包括衬底、阳极层、无机发光层、缓冲层和阴极层并依次组成堆叠结构,所述衬底为玻璃或聚乙烯塑料透明衬底,阳极层为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌镓,无机发光层为ZnO纳米管阵列,缓冲层的无机绝缘材料为SiO2,阴极层为锂、镁、铝、铜、金或银。本发明的优点:该激光发射器在较低电压下就能实现泵浦随机激光的发射,并且具有简单的制作工艺,制备成本较低,并且该发光器件为直流电压驱动,稳定性较高,功耗低,环保,在光电探测器、光学器件、激光二极管等方面就有潜在的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种泵浦随机激光发射器的制备,特别涉及一种基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器。
背景技术
近年来半导体产业有了突飞猛进的发展,以光电探测器、光学器件、激光二极管等应用背景的光电子材料取得较大的进展。人们对短波光学器件和高频电子设备的需求日益增长,宽带隙半导体材料逐渐受到人们的关注,而价格低廉、无毒和可生物降解的宽带隙半导体ZnO具有很大的应用潜力,并且其在场效应管和场发射等方面体现出较优越的特性。
ZnO是一种重要的半导体材料,常温下激子束缚能达到60mev,具有3.4eV的宽带隙,具有很好的热稳定性和特殊的力、光、电学性质,因此其在光学、电子学和发光二极管方面都有重要的应用,而管状或者中空的一维纳米结构的高孔隙度、高效性和活性逐渐受到人们的关注,现阶段ZnO纳米管通常通过热蒸发、微波等离子体沉积、有机金属气相沉积、热化学气相沉积或分子束外延等方法获得,这些制备ZnO纳米管的方法需要高温的实验条件和复杂的工艺过程,因此我们探索出一种简单的方法得到ZnO纳米管,并将SiO2量子点填充到ZnO纳米管中制作成器件,在较低的直流电压驱动下,得到了较稳定的泵浦随机激光的发射。此方法具有温度低、成本低和便于大面积生长等特点,并且能够满足新型设备和产业生产低成本大规模生产技术的要求。
本器件是直流电压驱动,具有功耗低等优点。本发明应用无机纳米材料,稳定性好、工作寿命长。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析,提供一种基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器及其制备方法,以实现制备工艺简单、低压直流驱动正向偏压下实现电致发光的器件。
本发明的技术方案:
一种基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,包括衬底、阳极层、无机发光层、缓冲层和阴极层并依次组成堆叠结构,所述衬底为透明衬底,阳极层为透明导电金属氧化物,无机发光层为ZnO纳米管阵列,缓冲层的无机绝缘材 料为SiO2。
所述透明衬底为玻璃或聚乙烯塑料衬底。
所述透明导电金属氧化物为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌镓。
所述阴极层的导电金属为锂、镁、铝、铜、金或银。
一种所述基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器的制备方法,步骤如下:
1)在透明衬底上涂阳极层,依次用洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇分别对阳极层进行超声清洗,然后放入真空度为-0.1Pa的真空干燥箱内充分干燥,干燥时间为60-90分钟,干燥温度为60-100℃;
2)将乙酸锌和乙二醇甲醚配制成浓度为0.5mol/L的籽晶溶液,使用匀胶机将籽晶溶液旋涂在上述干燥好的透明衬底上,转速2000rpm,时间20s,然后放入400℃马弗炉中退火30分钟后取出;
3)用去离子水分别配制浓度均为0.1mol/L的六次甲基四胺溶液和0.1mol/L硝酸锌溶液,将这两种溶液混合放入磁力搅拌器中,95℃下搅拌10分钟,得到混合溶液;
4)将步骤2)中得到的衬底放入上述混合溶液中进行反应,反应时间3h,得到ZnO纳米棒;
5)用去离子水配制0.1mol/L的KOH溶液,将上述ZnO纳米棒放入KOH溶液中浸蚀,浸蚀温度80℃,时间90min,待反应完成后取出,用去离子水清洗后,放入60℃干燥箱中烘干得到ZnO纳米管;
6)将硅酸乙酯和无水乙醇混合,再加入质量百分比浓度为25%的氨水,反应30min后,用无水乙醇洗涤2-3次以去除杂质离子,得到饱和SiO2量子点溶液,硅酸乙酯、无水乙醇与氨水的体积比为1:50:10;
7)用匀胶机在ZnO纳米管上旋涂SiO2量子点样品溶液,转速3000rpm,旋涂时间20秒钟,然后放入真空度为-0.1Pa的真空干燥箱中进行干燥,在90℃条件下烘干60分钟;
本发明的优点:该激光发射器在较低电压下就能实现泵浦随机激光的发射,并且具有简单的制作工艺,制备成本较低,并且该发光器件为直流电压驱动,稳定性较高,功耗低,环保,在光电探测器、光学器件、激光二极管等方面就有潜在的应用。
附图说明
图1为该激光发射器的结构示意图。
图中:1.衬底2.阳极层3.无机发光层4.缓冲层5.阴极层
图2为该激光发射器的发射光谱。
具体实施方式
实施例:
一种基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,如附图所示,包括衬底1、阳极层2、无机发光层3、缓冲层4和阴极层5并依次组成堆叠结构,所述衬底为透明玻璃衬底,阳极层为氧化铟锡(ITO),无机发光层为ZnO纳米管阵列,缓冲层的无机绝缘材料为SiO2,阴极层为Al。
所述基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器的制备方法,整个制备过程均在净化车间实施,步骤如下:
1)在透明玻璃衬底上溅射阳极层氧化铟锡,依次用洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇分别对阳极层进行超声清洗,然后放入真空度为-0.1Pa的真空干燥箱内干燥,干燥时间为90分钟,干燥温度为80℃;
2)将乙酸锌和乙二醇甲醚配制成浓度为0.5mol/L的籽晶溶液,使用匀胶机将籽晶溶液旋涂在上述透明玻璃衬底上,转速2000rpm,时间20s,然后放入400℃马弗炉中退火30分钟后取出;
3)用去离子水配制浓度均为0.1mol/L的六次甲基四胺溶液和硝酸锌溶液,将这两种溶液混合放入95℃磁力搅拌器中搅拌10分钟,得到混合溶液;
4)将步骤2)中得到的衬底放入上述混合溶液中进行反应,反应时间3h,得到ZnO纳米棒;
5)用去离子水配制0.1mol/L的KOH溶液,将上述ZnO纳米棒放入KOH溶液中浸蚀,浸蚀温度80℃,时间90min,待反应完成后全取出,用去离子水清洗后,放入60℃干燥箱中烘干得到ZnO纳米管;
6)将1ml硅酸乙酯和50ml无水乙醇混合,再加入10ml质量百分比浓度为25%的氨水反应30min后,用无水乙醇洗涤2次以去除杂质离子,得到饱和SiO2量子点溶液;
7)使用匀胶机在ZnO纳米管上旋涂SiO2量子点样品溶液,转速3000rpm,旋涂时间20秒钟,然后放入真空干燥箱中进行干燥,在90℃条件下烘干60分钟;
将制备的激光发射器,分别在ITO(氧化铟锡)电极层和铝阴极层施加正向电压时,得到了泵浦随机激光的发射现象,图2为该激光发射器的发射光谱。
Claims (5)
1.一种基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,其特征在于:包括衬底、阳极层、无机发光层、缓冲层和阴极层并依次组成堆叠结构,所述衬底为透明衬底,阳极层为透明导电金属氧化物,无机发光层为ZnO纳米管阵列,缓冲层的无机绝缘材料为SiO2。
2.根据权利要求1所述基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,其特征在于:所述透明衬底为玻璃或聚乙烯塑料衬底。
3.根据权利要求1所述基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,其特征在于:所述透明导电金属氧化物为氧化铟锡、氧化锌铝或氧化锌镓。
4.根据权利要求1所述基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器,其特征在于:所述阴极层的导电金属为锂、镁、铝、铜、金或银。
5.一种如权利要求1所述基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器的制备方法,其特征在于步骤如下:
1)在透明衬底上涂阳极层,依次用洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇分别对阳极层进行超声清洗,然后放入真空度为-0.1Pa的真空干燥箱内充分干燥,干燥时间为60-90分钟,干燥温度为60-100℃;
2)将乙酸锌和乙二醇甲醚配制成浓度为0.5mol/L的籽晶溶液,使用匀胶机将籽晶溶液旋涂在上述干燥好的透明衬底上,转速2000rpm,时间20s,然后放入400℃马弗炉中退火30分钟后取出;
3)用去离子水分别配制浓度均为0.1mol/L的六次甲基四胺溶液和0.1mol/L硝酸锌溶液,将这两种溶液混合放入磁力搅拌器中,95℃下搅拌10分钟,得到混合溶液;
4)将步骤2)中得到的衬底放入上述混合溶液中进行反应,反应时间3h,得到ZnO纳米棒;
5)用去离子水配制0.1mol/L的KOH溶液,将上述ZnO纳米棒放入KOH溶液中浸蚀,浸蚀温度80℃,时间90min,待反应完成后取出,用去离子水清洗后,放入60℃干燥箱中烘干得到ZnO纳米管;
6)将硅酸乙酯和无水乙醇混合,再加入质量百分比浓度为25%的氨水,反应30min后,用无水乙醇洗涤2-3次以去除杂质离子,得到饱和SiO2量子点溶液,硅酸乙酯、无水乙醇与氨水的体积比为1:50:10;
7)用匀胶机在ZnO纳米管上旋涂SiO2量子点样品溶液,转速3000rpm,旋涂时间20秒钟,然后放入真空度为-0.1Pa的真空干燥箱中进行干燥,在90℃条件下烘干60分钟;
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