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近年来，多孔阳极氧化铝薄膜(PAAM)作为一种用于合成纳米材料的模板引起了研究者们的极大兴趣，与此同时，微电子技术的发展遇到了物理和技术上的瓶颈。因此，人们期望利用PAAM模板制备硅基低维结构并将其应用于硅基光电子集成。本论文瞄准这一目标，开展了一系列实验工作，系统研究了PAAM及相关材料的制备、结构和可能的应用，获得的主要成果有：
1、发现在草酸溶液中制备的PAAM具有很强的蓝光发射特性。由于光致发光(PL)峰明显非对称，可以采用高斯分解方法将其分解为两个发光子带。对光致发光激发(PLE)谱的研究表明了这两个发光子带起源于PAAM中两种不同的氧空位中心(F中心和F+中心)的光学跃迁。在PL和PLE谱表征的基础上，提出了这两种氧空位中心的分布模型。此外，一系列的实验结果表明PL峰位和PAAM的几何结构、阳极氧化电压之间存在对应关系，当阳极氧化电压升高时，两个发光子带都出现红移，同时，起源于F+中心的子带相对于起源于F中心的子带的强度增加。光谱测试还表明两种发光中心可以相互转化，通过研究紫外辐照对PL谱的影响，揭示了发光中心相互转化的内在机制。
2、揭示了在硫酸溶液中制备的PAAM的发光特性。样品的PL谱也包含两个不同起源的发光带。样品经氧气中退火处理后，PL谱中～465 nm发光带的强度减弱，表明这个发光带起源于氧空位中心。另外一个PL带的峰位随激发光波长增加而红移。在谱学分析的基础上，这个PL峰被指认为起源于孔壁表面羟基的光学跃迁，但载流子激发过程仍位于氧空位中心。
3、研究了在0.5 M草酸溶液中制备的硅基PAAM的发光特性。实验结果表明样品有一个位于～565 nm的较宽发光带，它起源于F2+中心的光学跃迁。此外，硅基PAAM还有两个紫外PL峰、一个紫光PL峰、一个蓝光PL峰。对样品PL谱退火特性的研究表明，紫外和紫光PL峰与PAAM中过剩铝离子有关，而蓝光PL峰则起源于氧空位。
4、将PAAM浸入三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)溶液，使Alq3分子进入孔壁中的空隙。实验结果表明PAAM中的Alq3分子的PL峰位相对于Alq3薄膜蓝移了～18 nm。这是由于PAAM孔壁中的空隙限制了Alq3分子的聚集，减弱了分子间的相互作用。进一步的谱学分析还说明载流子激发起源于孔壁中的氧空位，其能量通过F(o)rster能量转移过程转移至镶嵌的Alq3分子并在此复合发光。
5、在PAAM模板的应用方面，首先采用超声震荡方法制备了氧化铝纳米管、氧化铝纳米线和氧化铝纳米管包裹金属(铜和铁)纳米线结构。在微结构表征的基础上，探讨了这些结构的形成机制。除此以外，还展示了一种原位制备氧化铝纳米管阵列的方法，即将铝片在经过老化处理的电解液中高电压阳极氧化。形貌观察说明典型样品具有三层结构，中间一层含有大量的分立氧化铝纳米管。在紫外光激发下，样品的PL峰位于～400 nm。发光退火特性和样品电子顺磁共振实验结果表明，样品的发光起源于氧化铝中的F+中心。最后，给出了一种利用PAAM制备有序纳米岛阵列的普适方法。
6、利用硅基PAAM模板制备了硅基二氧化硅纳米岛阵列，其PL谱中存在～290 nm和～370 nm的两个紫外PL峰。在氧气中900℃退火后，～290 nm PL峰消失，但～370 nm PL峰仍然存在。这一退火特性说明～290 nm PL峰起源于二氧化硅中的E缺陷的光学跃迁。而～370 nm PL峰强度的变化和二氧化硅中铝杂质含量的变化吻合，表明～370 nm发光峰起源于[AlO4]0中心的光学跃迁。在此基础上，通过去掉二氧化硅纳米岛阵列，在硅片表面得到了单晶硅纳米针尖阵列。该阵列具有优良的场发射特性。相应的Fowler-Nordheim曲线呈线性变化，说明发射电流起源于量子隧穿。
7、受PAAM阳极氧化过程启发，将锌片在0.1 M氢氧化钠溶液中阳极氧化制备出了氧化锌纳米颗粒。详细的结构表征表明纤锌矿结构的氧化锌纳米颗粒中存在着氧空位。氧化锌纳米颗粒的PL谱是一个很宽的发光带，可以用高斯分解方法将其分解为三个发光子带。谱学检测和分析揭示出三个发光子带分别与氧空位、间隙锌原子、界面态有关。