Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。     

Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co,Sn掺杂ZnO系列薄膜.通过金相显微镜和X射线衍射(XRD)研究了Co与Sn掺杂对薄膜的表面形貌和微结构的影响.XRD结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,特别Sn单掺ZnO薄膜的c轴择优取向最为显著,而且晶粒尺寸最大.XPS测试表明样品中Co和Sn的价态分别为2+和4+,证实Co²⁺,Sn⁴⁺进入了ZnO的晶格.室温光致发光谱(PL)显示在所有的样品中都有较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发 关键词： ZnO薄膜 溶胶-凝胶 掺杂 光致发光     

Ni掺杂ZnO薄膜的结构与光学特性研究

使用射频磁控溅射法成功制备了不同掺杂浓度（0—7at.%）的ZnO:Ni薄膜.X射线衍射的θ-2θ和摇摆曲线扫描结果表明,5at.%Ni掺杂ZnO薄膜具有沿c轴方向最佳的择优取向生长特性,（002）衍射峰向大角度方向移动揭示了Ni杂质被掺入ZnO晶格中占据Zn位.ZnO:Ni薄膜具有较好的可见光透明特性,拟合发现薄膜的光学带隙随Ni掺杂量的增加由3.272 eV线性降低到3.253 eV.未掺杂薄膜在550 nm处呈现出一个绿色发光峰,掺入Ni杂质后薄膜主要表现了以430 nm为中心的蓝色发光,分析认为它们分别源于薄膜中O空位和Zn填隙缺陷发光. 关键词： ZnO:Ni薄膜 结构特性 光学带隙 光致发光     

衬底温度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

研究了衬底温度对MOCVD技术制备的ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响. XRD和SEM的研究结果表明，衬底温度对ZnO薄膜的微观结构有显著影响，明显的形貌转变温度大约发生在175℃，低于175℃，薄膜呈镜面结构，晶粒为球状，高于177℃的较高温度范围，薄膜从“类金字塔”状的绒面结构演化为“岩石”状显微组织；随着温度增加，薄膜的晶粒尺寸明显增大.绒面结构的未掺杂ZnO薄膜具有17.96 cm²/V·s的高迁移率和3.28×10^-2 Ω·cm的低电阻率，对ZnO薄膜的进一步掺杂和结构优化有望应用于Si薄膜太阳电池的前电极. 关键词： MOCVD ZnO薄膜 透明导电氧化物 太阳电池     

溅射制备纳米晶GaN∶Er薄膜的室温发光特性

利用直流磁控共溅射方法制备了GaN:Er薄膜.X射线衍射结果显示薄膜为纳米多晶结构,根据谢乐公式,计算得到了GaN薄膜晶粒的平均大小为58nm;透射电子显微镜结果显示为非晶基质中镶嵌了GaN纳米颗粒,尺寸在6—8nm之间;紫外可见谱结果表明在500—700nm的可见光范围内,薄膜的平均透过率大于80%,在紫外可见谱基础上,利用Tauc公式计算得到了纳米晶GaN薄膜的光学带隙为322eV;最后,测量了GaN:Er薄膜的室温光致发光谱,获得了Er³⁺离子在554nm处的强烈绿光发射. 关键词： 纳米晶GaN薄膜 3+掺杂')" href="#">Er³⁺掺杂 光学带隙 光致发光     

Gd3+掺杂对NaYF4:Yb3+,Tm3+/Er3+ 纳米材料上转换荧光性能的影响

利用温和的溶剂热方法合成了具有上转换发光性能的Yb³⁺-Tm³⁺和Yb³⁺-Er³⁺共掺的纳米NaYGdF₄。在该体系中,通过调节Gd³⁺在基质中的掺杂量可以有效地控制产物的相变、尺寸以及上转换荧光性能。XRD和TEM分析结果表明,Gd³⁺的掺入在促进NaYF₄纳米颗粒由立方相到六方相转变的同时有助于减小其尺寸。上转换光谱研究表明,在Yb³⁺-Tm³⁺和Yb³⁺-Er³⁺共掺体系中,可通过优化Gd³⁺的掺杂量来有效提高产物的上转换荧光强度。同时,通过研究Tm³⁺和Er³⁺在不同可见光波段的发光强度与泵浦功率的关系探讨了上转换发光的机制。     

Co与Cu掺杂ZnO薄膜的制备与光致发光研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co, Cu单掺杂及Co,Cu共掺杂ZnO薄膜.用金相显微镜观察了Co与Cu掺杂对ZnO薄膜形貌的影响.X射线衍射（XRD）研究揭示所有ZnO薄膜样品都存在（002）择优取向,在Cu单掺的ZnO薄膜中晶粒尺寸最大.对所有样品的室温光致发光测量都观察到较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发射,其中长波长的蓝光峰和绿光峰都能够通过掺杂进行控制.对不同掺杂源的ZnO薄膜发光性能进行了分析,认为蓝光峰来源于电子由导带底到锌空位能级的跃迁及锌填隙到价带顶的跃迁,绿光峰是由于掺杂造成的 关键词： ZnO薄膜 溶胶-凝胶 Co Cu掺杂 光致发光     

微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微量Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg2+替代Zn2+附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg2+替代的Zn2+周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36—3.52eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10-3,3.4×10-3和8.1×10-3Ω.cm.     

稀土掺杂Gd2Te4O11亚碲酸盐荧光粉的合成及其发光性能

采用水热法制备了一系列稀土Dy³⁺,Tb³⁺,Eu³⁺掺杂的极性Gd₂Te₄O₁₁(GTO)亚碲酸盐荧光粉.对样品的物相结构、形貌和热稳定性等进行了表征,测试了样品的发光性能.结果显示,所制样品均为单相,呈短杆状形貌,尺寸在微米量级,热稳定性能良好.对于GTO:Dy³⁺荧光粉,在紫外光激发下的发光主要位于黄绿光区,获得最强发光强度的掺杂浓度为2.5%,色坐标为(0.39,0.43);荧光衰减曲线表明GTO:Dy³⁺样品发光寿命随着掺杂浓度增大逐渐减小,与Dy³⁺离子间的交叉弛豫有关.对于GTO:Eu³⁺荧光粉,在紫外光激发下的发光主要位于红光和橙红光区,其发射强度随着Eu³⁺掺杂浓度的增大而增强.当掺杂浓度为10%时,样品发光的色坐标为(0.62,0.38),位于橙红光区,且样品的发光寿命几乎不受掺杂浓度影响.对于GTO:Tb³⁺     

NH3气氛处理制备p型ZnO薄膜及性能表征

采用NH₃气氛处理直流/射频共溅射方法制得的ZnO：Al薄膜,从而获得Al+N共掺p型ZnO薄膜.XRD,场发射扫描电子显微镜测试及Hall效应测试发现,处理温度对ZnO薄膜的结构和电学性能具有较大的影响,其中处理温度为700℃时,薄膜具有较好的c轴择优取向,并且薄膜表面平整,结构紧密,晶粒大小均匀,无明显空洞和裂缝,具有良好的表面质量,晶粒尺寸约为40—60nm,薄膜的导电类型由n型转变为p型. 关键词： p型ZnO Al+N共掺杂 直流/射频共溅射     

Effect of synthesis conditions on microstructures and photoluminescence properties of Ga doped ZnO nanorod arrays

Ga doped ZnO nanorod arrays were prepared on silicon substrates in a mixture solution of zinc nitrate hexahydrate, methenamine, and gallium nitrate hydrate. Effect of synthesis conditions on crystal structures, morphologies, surface compositions, and optical properties was analyzed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and photoluminescence techniques (PL). Experimental results reveal that Ga doping amount can reach 1.67 at% with the increase of gallium nitrate concentration. Ga doping greatly affects the morphologies of ZnO nanorod arrays. The photoluminescence spectra show a sharp UV emission and a broad visible emission. With Ga doping, UV emission has an apparent broadening effect and its peak shifts from 3.27 eV to 3.31 eV. The intensity ratio of UV emission to visible emission demonstrates that appropriate Ga doping amount is beneficial for the improvement of ZnO crystalline quality.     

Ga掺杂对ZnO纳米结构可见光发射的抑制效应

采用碳热还原反应和原位掺杂的方法制备了不同Ga掺杂浓度的ZnO纳米结构. X射线衍射 显示掺杂纳米结构中为单一的氧化锌纤锌矿结构. 扫描电子显微镜 观测发现随掺杂浓度的增大, 纳米结构的形貌逐渐从纳米六棱柱变为纳米锥.光致发光 和X射线光电子能谱 测量分别发现随着掺杂浓度升高, 纳米结构的可见发光强度和其中空位 氧峰相对强度逐渐减小直至消失, 两者存在很强的相关性. 上述结果为ZnO可见光发射的氧空位机理提供了新的实验证据. 对Ga掺杂抑制纳米结构中氧空位的原因进行了分析.     

过渡金属与F共掺杂ZnO薄膜结构及磁、光特性

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了过渡金属元素与F共掺杂Zn_0.98-xTM_xF_0.02O (TM_x=Cu_0.02, Ni_0.01, Mn_0.05, Fe_0.02, Co_0.05)薄膜, 进而利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见透过谱、光致发光及振动样品磁强计等研究了薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光(PL)和室温磁学特性. 研究表明: 掺杂离子都以替位的方式进入了ZnO晶格, 掺杂不会破坏ZnO的纤锌矿结构. 其中Zn_0.93Co_0.05F_0.02O薄膜样品的颗粒尺寸最大, 薄膜的结晶度最好且c轴择优取向明显; Zn_0.93Mn_0.05F_0.02O薄膜样品的颗粒尺寸最小, 薄膜结晶度最差且无明显的c轴择优取; Cu, Ni, Fe与F共掺杂样品的颗粒尺寸大小几乎相同. TM掺杂样品均表现出很高的透过率, 同时掺杂后的薄膜样品的禁带宽度都有不同程度的红移. PL谱观察到Zn_0.98-xTM_xF_0.02O薄膜的发射峰主要由较强的紫外发射峰和较弱的蓝光发射峰组成. Zn_0.93Mn_0.05F_0.02O薄膜样品的紫外发光峰最弱, 蓝光发射最强, 饱和磁化强度最大; 与之相反的是Zn_0.96Cu_0.02F_0.02O薄膜, 其紫外发光峰最强, 蓝光发射最弱, 饱和磁化强度最小. 结合微结构和光学性质对Zn_0.98-xTM_xF_0.02O薄膜的磁学性质进行了讨论.     

高分子软模板法自组装生长ZnO纳米线及其光学性能

采用自组装技术,利用均聚极性高分子(聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等)长分子链作为自组装模板在半导体硅衬底上自组装生长出ZnO纳米线。采用扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(HRTEM)对样品的表面形貌和结构分析表征的结果表明,ZnO纳米线直径约50~80nm、长度大于4μm,具有六方纤锌矿单晶结构,且沿c轴方向择优取向生长。采用室温下光致发光(PL)谱和紫外吸收(UV)光谱对制得的ZnO纳米线的光学性能研究表明,其PL光谱上有较强的紫外发射和较弱的蓝光发射,UV吸收光谱表明样品在紫外区有强的宽带吸收,且随着纳米线粒径的减小,吸收峰出现了蓝移现象。研究探讨了高分子诱导ZnO纳米线自组装定向生长机制、发光机理及其与工艺条件的内在联系。     

镓掺杂氧化锌和硫化锌电子结构差异的第一性原理

运用第一性原理进行了相关计算研究Ga掺杂的ZnO和ZnS的电子结构的差异. 结果表明,LDA和LDA+U计算的结果在定性上是一致的. 掺杂Ga以后,ZnO和ZnS的费米能级处均出现杂质态. 掺杂中的ZnO,杂质态在导带是离域的. 掺杂后的ZnS,虽然p态比较离域,但其s态在费米能级处却是局域的. 前线轨道的电荷密度分布也给出了相同的信息. 交换ZnO和ZnS的晶格结构,结果不变. 局域化的Ga-s态是导致掺杂ZnS电学性能差的原因.     

退火温度对Cu:ZnO薄膜绿光发射的影响

利用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了不同退火温度的Cu:ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜和光致发光谱研究了样品的晶格结构、表面形貌、成分及其发光特性.结果表明:所有样品均具有高度的c轴择优取向,随着退火温度的升高,样品的结晶质量变好,样品的表面都被晶粒覆盖,强而稳定的绿光发射被观察到.绿光强度随退火温度的升高先增加后减小,发光中心位置不随退火温度的变化而改变,这样的绿光发射强而稳定.XRD和XPS结果表明,随退火温度的升高Cu2+还原为Cu+,导致Cu:ZnO薄膜形成的缺陷是VZn,所以绿光发射是由VZn引起的.Cu2+还原为Cu+时,Cu:ZnO薄膜中VZn浓度增加,使绿光发射强度增大.当退火温度超过800?C时,Cu2+的还原能力变差,绿光发射强度减弱.     

Novel ultraviolet photoluminescence of ZnO/ZnGa2O4 composite layers

ZnO/ZnGa₂O₄ composite layers were synthesized by simple thermal oxidation of ZnS substrates with gallium in the air. The continuous-wave and time-resolved photoluminescence measurements for the composites were performed at room temperature. It is found that the visible deep level emission from ZnO in ZnO/ZnGa₂O₄ composite layer was almost suppressed. In addition, the UV emission with long lifetime was also observed in comparison with that of pure ZnO layer without ZnGa₂O₄.     

Characterization of ZnO:Ga and ZnO:N films prepared by PLD

The thin films of zinc oxide have been produced by the pulse laser deposition method at various levels of gallium and nitrogen doping. To obtain the n-type films we used gallium doping with concentration of gallium from zero up to 5 at %. The dependence of photoluminescence of the epitaxial ZnO:Ga films on the concentration of gallium doping has been studied. An optimum range of the n-type ZnO films doping with gallium has been determined to obtain highly effective films from the viewpoint of realizing p-n transitions. This range, on the one hand, defines the maximal PL amplitude and, on the other hand, specifies the minimal specific resistance that corresponds to an interval of 0.125–1.000 at % Ga. To produce the p-type ZnO:(Ga, N) films, the ZnO targets with the content of GaN from zero up to 2 at % were used. N₂O was used as a buffer gas. A difference is observed in the positions of the peaks of the emission lines of the photoluminescence spectra for the ZnO films, doped with gallium (Ga) and co-doped with gallium and nitrogen (N).     

CdS/ZnS core–shell nanoparticles in arachidic acid LB films

Core–shell CdS/ZnS nanoparticles in arachidic acid film were prepared through a novel Langmuir–Blodgett (LB) approach. Post-deposition treatment of the precursor LB multilayers of cadmium arachidate with H₂S gas followed by intercalation of Zn²⁺ ions and further sulfidation result in the formation of CdS/ZnS nanoparticles in the LB film. The formation of these nanoparticles and resulting changes in layered structures were studied by FTIR and X-ray reflection measurements. The optical properties were studied using UV–vis absorption and photoluminescence spectroscopy. A red-shift in the absorption spectrum and enhancement of CdS excitonic emission together with reduction of surface states emission suggest that after the intercalation step, a thin layer of ZnS surrounds the CdS nanoparticles, thus forming a core–shell structure. Subsequent to the second sulfidation, a further red-shift in absorption suggests the formation of a thicker ZnS coating on CdS. Electron diffraction of CdS nanoparticles coated with thicker ZnS showed the diffraction patterns of only ZnS, as expected for core–shell structures.     

Ga掺杂对Cu_3SbSe_4热电性能的影响

采用熔融-淬火方法制备了Cu_(2.95)Ga_xSb_(1-x)Se_4(x=0,0.01,0.02和0.04)样品,系统地研究了Ga在Sb位掺杂对Cu_3SbSe_4热电性能的影响.研究结果表明,少量的Ga掺杂(x=0.01)可以有效提高空穴浓度,抑制本征激发,改善样品的电输运性能.掺Ga样品在625 K时功率因子达到最大值10μW/cm·K~2,比未掺Ga的Cu_(2.95)SbSe_4样品提高了约一倍.但是随着Ga掺杂浓度的进一步提高,缺陷对载流子的散射增强,同时载流子有效质量增大,导致载流子迁移率急剧下降.因此Ga含量增加反而使样品的电性能恶化.在热输运方面,Ga掺杂可以有效降低双极扩散对热导率的贡献,同时掺杂引入的点缺陷对高频声子有较强的散射作用,因此高温区的热导率明显降低.最终该体系在664 K时获得最大ZT值0.53,比未掺Ga的样品提高了近50%.