溶胶凝胶旋转涂敷技术制备ZnO:In薄膜的结构特性

采用溶胶凝胶法,结合旋转涂敷技术在石英衬底上制备了210—240nm厚度的ZnO∶In薄膜.使用掠角入射X射线衍射(GI_XRD)、常规X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、光致发光谱以及不同入射角GI_XRD谱(α=1,2,3和5°)等手段,对不同掺杂浓度的ZnO∶In薄膜进行了结构分析.发现ZnO∶In薄膜内部是由大尺寸(002)晶向的无应力ZnO晶粒堆积而成,而薄膜表面主要是小尺寸的(002)和(103)晶粒,并且适量的In掺杂能有效改善ZnO薄膜内部的晶体结构特性. 关键词： ZnO∶In薄膜 晶体结构 掠角入射X射线衍射 溶胶凝胶法     

溶胶凝胶旋转涂敷技术制备ZnO∶In薄膜的结构特性

采用溶胶凝胶法,结合旋转涂敷技术在石英衬底上制备了210—240nm厚度的ZnO∶In薄膜.使用掠角入射X射线衍射(GI_XRD)、常规X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、光致发光谱以及不同入射角GI_XRD谱(α=1,2,3和5°)等手段,对不同掺杂浓度的ZnO∶In薄膜进行了结构分析.发现ZnO∶In薄膜内部是由大尺寸(002)晶向的无应力ZnO晶粒堆积而成,而薄膜表面主要是小尺寸的(002)和(103)晶粒,并且适量的In掺杂能有效改善ZnO薄膜内部的晶体结构特性.     

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     

Mn掺杂ZnO薄膜的结构及光学性能研究

通过脉冲激光沉积(PLD)法在SiO₂基片上制备了不同含量的Mn掺杂ZnO薄膜.X射线衍射、X射线能谱、原子力显微镜与紫外-可见分光光度计测试结果表明：少量的Mn离子的掺杂并没有改变薄膜的结构，薄膜具有(103)面的择优取向；PLD法制备的ZnO薄膜的成分与靶材基本一致，实现了薄膜的同组分沉积；薄膜表面比较平坦，起伏度小于80nm，颗粒尺寸主要集中在25nm附近；但是Mn离子的掺杂改变了ZnO薄膜的禁带宽度，随Mn掺杂含量的增加，ZnO薄膜的禁带宽度增加；当薄膜中Mn含量从6%增加到 关键词： PLD ZnO薄膜 Mn掺杂 吸收谱     

Cu掺杂对CdS薄膜结构、光致发光及CdS/CdTe电池性能的影响

采用化学浴沉积(CBD)法在FTO(SnO2∶F)/Glass衬底上制备了Cu掺杂的CdS薄膜.用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)测得不同Cu掺杂浓度的薄膜中Cu/Cd原子比分别为0.5％、1.5％、5％.分别用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光谱(PL)、紫外-可见-近红外反射透射谱对薄膜样品进行表征.研究了Cu掺杂对CdS薄膜的晶体结构,微观形貌以及体内点缺陷的影响.用Cu掺杂的CdS薄膜作为N型层制备CdTe太阳能电池,研究了CdS层中Cu对电池性能的影响.     

Fe,Co共掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究

采用溶胶凝胶法在玻璃衬底上制备了Fe,Co共掺Zn0.9FexCo0.1-xO(x=0,0.03,0.05,0.07)系列薄膜.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和光致发光(PL)谱对薄膜样品的表面形貌、晶体结构、成分和光学性能进行了研究.XRD结果表明所有ZnO薄膜样品都呈六方纤锌矿结构,在样品中没有观察到与Fe和Co相关的团簇,氧化物及其他杂相的衍射峰,表明共掺杂改善了Fe或Co在ZnO的分散性.XPS测试结果揭示样品中Co离子的价态为+2价;Fe离子的价态为+2价和+3价共存,但Fe相对浓度的增大导致Fe3+含量增加.所有样品的室温光致发光谱(PL)均观察到紫外发光峰和蓝光双峰,其中Fe,Co共掺ZnO薄膜的紫外发光峰较本征ZnO出现蓝移,蓝光双峰峰位没有变化,但发光强度有所减弱;而掺杂ZnO薄膜的绿光发光峰几乎消失.最后,结合微结构和成分分析对薄膜样品的发光机理进行了讨论.     

MSM结构ZnO/Cu薄膜的接触特性

利用脉冲激光沉积(PLD)法在Si(111)衬底上分别生长了ZnO薄膜和Cu薄膜, 用Cu薄膜作电极,研究了ZnO薄膜与Cu薄膜的接触特性。分别用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和I-V测试的方法对样品的晶体质量、结构和电学性质进行了测试。结果表明:样品中ZnO薄膜和Cu薄膜均具有高度的择优取向;当Cu和 ZnO直接接触时,样品的I-V特性是非线性的;当Cu和 ZnO之间通过ZnO:Cu层间接接触时形成良好的欧姆接触,而且退火后欧姆接触性能明显提高,电阻率降低约2/3。本研究为价格低廉的Cu电极成为ZnO基器件的欧姆电极提供了一定的依据。     

Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质

采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质,并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示:Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向,无Cu及其氧化物相关相析出,掺杂对晶格参数的影响较小,与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性,其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小,带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率,具有明显的发光猝灭作用,但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关,这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。     

铕掺杂氧化锌纳米棒阵列材料的制备及光学性能研究

通过低温化学方法在多孔硅柱状阵列(NSPA)衬底上制备得到铕掺杂ZnO(ZnO∶Eu)纳米棒阵列结构。实验方法简单、条件温和,有效地实现了ZnO纳米棒和铕离子之间的能量转移,丰富了ZnO纳米半导体材料体系的发光。X射线衍射以及X射线光电子能谱证实铕离子成功掺杂进了ZnO晶体中。室温荧光光谱测试结果表明:ZnO∶Eu纳米棒阵列可实现从紫外光到蓝-绿光的宽谱带发射,其中发光中心位于～380 nm的紫外光源于ZnO的带边发射,位于450～570 nm的蓝-绿光源于ZnO的本征缺陷发光,而位于～615 nm的红光发光则源于铕离子核外电子4f壳层结构。同时借助于能带示意图对光致发光机理进行了分析。     

Ag掺杂对ZnO薄膜的光电性能影响

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源,以高纯O2为载气生长了Ag掺杂ZnO(ZnO∶Ag)薄膜。研究了Ag掺杂ZnO薄膜的表面结构、电学和光学性质。结果表明所得ZnO∶Ag薄膜表面结构良好,扫描电子显微镜(SEM)测试表明薄膜表面光滑平整,结构致密均匀;在室温光致发光(PL)光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰;透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性;霍尔效应测试表明,在550℃下获得了p型导电的ZnO∶Ag薄膜。     

石英衬底上Au缓冲层对ZnO薄膜微结构的影响

采用单源化学气相沉积(SSCVD)法,在石英衬底上以Au为缓冲层,Zn4(OH)2(O2CCH3)6.2H2O为固相源制备ZnO薄膜。SEM和XRD测试ZnO薄膜的微结构,结果表明:相对于SiO2衬底上生长的ZnO薄膜,Au/SiO2衬底上生长的ZnO薄膜具有较好的结晶质量和表面平整度;对制备ZnO薄膜的衬底温度进行了工艺优化,结果表明:500℃时制备的ZnO薄膜颗粒大小均匀,结晶质量较好;通过荧光光谱仪对Au/SiO2衬底上的ZnO薄膜进行光致发光(PL)谱测试,ZnO薄膜在400nm出现紫光发射峰,而没有出现与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较好的结晶质量。     

高质量ZnO及BeZnO薄膜的发光性质

用分子束外延设备插入缓冲层在c面蓝宝石上生长得到高质量ZnO和BeZnO薄膜。XRD测试显示薄膜具有六方结构和c轴取向,并具有良好的晶体质量,其中ZnO薄膜的半高宽仅为108 arcsec,Be_xZn_1-xO薄膜的半高宽小于600 arcsec。对ZnO和BeZnO薄膜的拉曼光谱进行对比研究发现,随着Be元素的掺入,A₁(LO)、A₁(2LO)声子模频率往大波数方向移动,并且首次发现了与Be元素掺杂有关的局域振动模。利用变温光致发光光谱研究了薄膜的发光性质,结果显示ZnO薄膜室温光致发光只出现一个紫外发发光峰(378 nm),而低温光谱(80 K)则出现了很强的自由激子发光峰。随着温度的升高,束缚激子发光逐渐湮灭向自由激子发光转变,并且峰值位置红移。相对于ZnO薄膜,BeZnO薄膜的紫外发光主峰位置蓝移,并且由于Be元素的掺入导致薄膜晶体质量下降,在低温(80 K)光致发光光谱中没有出现强的自由激子发光峰。另外,在低温光致发光及拉曼光谱中,主峰位置在100~200 K之间有局部最大值,推测为由于合金晶格热膨胀系数失配而引起的应力效应。     

一步溶液法制备ZnO亚微米晶体棒及其发光性能

用硝酸锌(Zn(NO₃)₂·4H2O)或醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂·2H2O)分别与六亚甲基四胺((CH₂)₆N₄)以等浓度0.005mol/L配制成两种反应溶液,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出ZnO六角型亚微米棒(长5~8μm,直径300~700nm)。测量了样品的XRD和扫描电镜像。经XRD分析,所得样品均为纤锌矿的ZnO六角型晶体。扫描电镜(SEM)像表明,生长时间为3h或5h时,样品为细长条的棒状结构,长径比超过10:1;生长48h后的ZnO亚微米棒的一端被腐蚀成一定深度的ZnO亚微米管。用负离子配位四面体生长模型分析了ZnO亚微米棒的生长机理。ZnO亚微米棒退火前后的光致发光谱表明,退火处理后的发射谱中的紫外峰消失,而红色发光峰红移并且增强(峰值由630nm左右移到710nm),同时它的激发光谱中的室温激子激发峰也增强。     

MOCVD方法生长ZnO微米柱的结构与光学性质

通过X射线衍射、扫描电子显微镜和变温光致发光光谱对MOCVD方法生长在蓝宝石衬底上的ZnO微米柱材料的结构及发光特性进行了表征.X射线衍射结果表明,ZnO具有良好的c轴择优取向,扫描电子显微镜图中可观察出ZnO微米在呈六角结构生长,半径约为0.5～1.5μm.样品的发光光谱通过He-Cd激光器的325nm线激发,从光谱中发现低温(81K)下出现极强的与激子相关的带边发光峰,温度升高到360K时与自由激子相关的紫外发射峰仍然是清晰可见.     

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.     

衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,制备了不同的ZnO样品.研究了衬底温度对ZnO的结构、光学和电学性质的影响.样品的晶体结构利用X射线衍射谱进行表征.X射线衍射谱表明,所有的ZnO样品都是(002)取向的六角纤锌矿结构.随着生长温度的升高,X射线的(002)衍射峰的半峰全宽逐渐...     

两种以Znq2为基体的新型电致发光材料的合成与性能

以8-羟基喹啉为配体的金属配合物是一种性能优良的有机电致发光材料,其中有关8-羟基喹啉铝(Alq₃)研究已有大量报道,8-羟基喹啉锌(Znq₂)研究还有待发展。介绍了两种以Znq₂为基体的新型有机电致发光材料Znq₂(H₂O)₂和(Znq₂)₄的合成方法。用IR、XRD、TG、DTA和荧光测试方法进行表征与分析表明:Znq₂(H₂O)₂和(Znq₂)₄的玻璃化温度(T_g)分别为104.2℃和204.9℃;在161℃下Znq₂(H₂O)₂脱去水分子成为Znq₂,在361℃高温下四聚体(Znq₂)₄裂解为单体Znq₂;Znq₂(H₂O)₂和(Znq₂)₄具有很好的发光性能,在光致发光谱中λ_max分别是505,550nm。     

液晶-氧化锌纳米复合材料的可调发光

采用超声波分散技术,选用氧化锌纳米晶体和液晶（N-（4-methoxybenzylidene）-4-ethoxybenzenamine）,制成液晶质量分数分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%的液晶-氧化锌纳米复合材料。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜、光致发光光谱仪对样品进行表征。实验结果表明：当液晶MB₂BA在氧化锌纳米晶体的质量分数从0增加到80%时,氧化锌纳米复合材料的PL光谱峰值最终移到了418 nm的蓝光区域。随着氧化锌纳米晶体中液晶分子的增加,氧化锌纳米晶体的表面缺陷减少、其深层发光明显削弱,氧化锌纳米晶体的光致发光可以由最初的黄绿色转变为蓝色。因此,可以在氧化锌纳米晶体中通过添加适量的液晶MB₂BA来实现蓝光发射。     

氧气后处理对氧化锌薄膜紫外发射性质的影响

为了提高ZnO光发射效率和制备p型ZnO,对热处理的氧分压对薄膜的结构、形貌、光致光发射和ZnO/Si异质结的Ⅰ-Ⅴ特性的影响进行了研究.用直流反应溅射法在p型硅衬底上生长ZnO薄膜形成n-ZnO/P-Si异质结.在1000℃下用不同比例的氧和氨热处理,我们发现,在纯氮气中得到的样品有强的紫外发射(390nm),随氧气比例增大,紫外增强,同时绿光也产生并随之增强.但过大的氧分压反而产生多的受主缺陷,使越来越多的激发能量转移到发射能量低的绿光中心,从而使紫外减弱.在纯氧和无氧条件下热处理的俄歇谱表明纯氧下氧过量,而无氧下锌大大过量.ZnO/p-Si异质结的Ⅰ-Ⅴ特性表明,无氧热处理表现为典型的n-ZnO/p-Si异质结;而在纯氧气氛中处理后所得Ⅰ-Ⅴ曲线反向,这表明在高氧压下受主缺陷的产生,表明ZnO薄膜有可能由于高氧压热处理由n型转为p型.     

Eu3+掺杂Bi2O3-PbO-B2O3-ZnO玻璃光谱性质

用高温融熔法制备了Eu³⁺掺杂浓度为1%的(60-x)Bi₂O₃xPbO30B₂O₃10ZnO(x=0,10,30,摩尔分数)玻璃.测定了玻璃的差热分析曲线、吸收光谱、声子边带谱、发射光谱与激发光谱.由发射光谱与稀土Eu³⁺离子光学跃迁矩阵元的特点,计算了Eu³⁺光学跃迁的J-O参数Ω₂与Ω₄.结果显示强度参数Ω₂随着PbO量的增加而略减少,表明材料的对称性略增加,Eu—O键强减弱,共价性降低.PbO组分的增加,使玻璃的结晶起始温度与软化温度差降低,导致玻璃的热温度性变差.随着PbO的增加,电-声子耦合减弱.