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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李岚
葛林
陈义鹏
王有为
石庆良
朱明雪
王浩
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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

基于ZnO纳米管/SiO2量子点泵浦随机激光发射器
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； 
8）用高精度多靶电子束蒸发系统制备阴极层，在1×10-5的真空条件下，以每秒
Figure BDA00002998097400021
的速率蒸镀，阴极层的厚度为100-150nm。 
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； 
8）用高精度多靶电子束蒸发系统制备阴极层，在1×10-5的真空条件下，以每秒
Figure BDA00002998097400031
的速率蒸镀，Al电极的厚度为150nm，即可制得目标物。 
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； 
8）用高精度多靶电子束蒸发系统制备阴极层，在1×10-5的真空条件下，以每秒
Figure FDA00002998097300011
的速率蒸镀，阴极层的厚度为100-150nm。 
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