Tailoring the optical properties of MgxZn1?xO thin films by nitrogen doping

Thin films of Mg _x Zn_1−x O and Mg _x Zn_1−x O doped with nitrogen were deposited by Radio Frequency plasma beam assisted Pulsed Laser Deposition (RF-PLD) in oxygen or oxygen-nitrogen discharge with different nitrogen/oxygen ratios. A Nd:YAG laser working at a wavelength of 266 nm, having a 10 Hz repetition rate was used for the depositions. The energy density of the incident beam was 3 J/cm² and the RF power was set to 100 W for all the samples. X-ray Diffraction (XRD) and Spectroscopic Ellipsometry (SE) were employed to investigate the samples. The degree of crystallinity is fount to decrease with increasing the Mg concentration, while the solubility of Mg in ZnO increases by 30% in the N-doped Mg _x Zn_1−x O thin films grown by RF-PLD. Segregation of MgO phase at a Mg concentration of 30% for Mg _x Zn_1−x O thin film is detected both by XRD and SE. The band gap of the samples increases from 3.37 up to 3.57 eV with increasing the Mg concentration and the nitrogen/oxygen ratio for each Mg concentration. A dependence of the dielectric function (refractive index) on both stoichiometry and degree of crystalinity is also found, the refractive index having values between 1.7 and 2 in visible spectral range.     

固相反应法制备的CoxZn1-xO磁性能的研究

采用固相反应烧结法制备了Co掺杂ZnO的粉末和压片样品. XRD衍射表明样品中Co²⁺离子取代Zn²⁺离子进入了ZnO晶格中. 在室温下样品均表现为顺磁性, 利用密度泛函理论(DFT+U)方法计算得到的Co₂Zn₁₄O₁₆体系反铁磁基态更稳定, 并通过Co, O原子电子迁移变化, 表明了CoZnO体系中磁性机理更倾向于Co²⁺—O^2-—Co²⁺成键的间接交换作用模型. 改进了安德森模型中的直接交换积分J_pd公式. 提出两个可能的途径来实现具有本征铁磁性氧化物半导体.     

退火温度对低温生长MgxZn1－xO薄膜光学性质的影响

用射频磁控溅射法在80℃衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(x=0.16)薄膜，用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)和透射谱研究了退火温度对Mg_xZn_1-xO薄膜结构和光学性质的影响.测量结果显示，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构，并且具有沿c轴的择优取向；随着退火温度的升高，(002)XRD峰强度、平均晶粒尺寸和紫外PL峰强度增大，(002)XRD峰半高宽(F 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 退火     

纤锌矿BexZn1-xO合金能隙弯曲系数的第一原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 对纤锌矿Be_xZn_1-xO合金进行能隙特性、弯曲系数和结构参数的计算. 结果表明: Be_xZn_1-xO合金的能隙和弯曲系数都随Be掺杂组分的增大而增大. 通过修正Be_xZn_1-xO合金的能隙值得知其合金弯曲系数b为6.02 eV, 这与实验值接近. 纤锌矿Be_xZn_1-xO合金的能隙弯曲系数过大主要来源于体积形变和电荷转移的贡献. 文中还分析了Be_xZn_1-xO合金的晶格常数、 平均键长和平均次近邻原子距离与Be组分的关系.     

MgxZn1-xO结构性质

采用第一性原理计算模拟了不同组分的Mg_xZn_1-xO半导体混晶的晶格常数、总能、结构,以及禁带宽度的变化。计算结果显示,随着Mg组分的增加,晶格常数逐渐减小,晶体逐渐偏离纤锌矿结构。对各种不同的Mg原子排列情况进行比较认为,Mg_xZn_1-xO的结构随组分x的增大,发生从纤锌矿到岩盐矿的结构相变的可能性高于发生相分离。另一方面,禁带宽度随组分增大主要由价带顶的移动所致。进一步分析Mg原子各种电子态对价带的影响表明,Mg对价带顶附近能带的贡献依次来自p、d、s态电子。随着组分x的增加,p态电子在价带顶附近的密度明显提高,说明sp轨道杂化不但对晶体的几何结构产生影响,而且对其电子结构也起重要作用。     

纤锌矿CdxZn1-xO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿ZnO及不同量Cd掺杂ZnO的电子结构.计算结果表明,Cd的掺杂导致ZnO晶体的禁带宽度变窄.主要原因在于Cd的掺入导致Zn4s轨道中能级越来越低的电子参与作用,使得决定导带底的反键Zn 4s态能级逐渐降低,同时由pd反键轨道控制的价带顶能级逐渐升高. 关键词： 密度泛函理论 超软赝势方法 Cd掺杂ZnO     

火焰喷雾法合成ZnO和MgxZn1－xO纳米颗粒的光学性能研究

利用火焰喷雾法成功制备了纳米级的ZnO和Mg_xZn_1-xO颗粒. 通过对样品的X射线衍射谱和场发射扫描电子显微镜照片分析，发现制备的颗粒大小较为均匀，直径在20nm左右；镁元素的掺入引起晶格常数变小. 通过透射光谱和光致发光谱的测量，发现Mg_xZn_1-xO颗粒的禁带宽度远大于ZnO颗粒的禁带宽度，同时对两组样品的紫外发光和可见发光的强度变化和发光机理进行了探讨. 关键词： 火焰喷雾 ZnO 禁带宽度 纳米颗粒     

MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层透明导电薄膜的制备及光电性质研究

采用操作简单的溶胶-凝胶法和射频磁控溅射法在石英衬底上分别制备了MgxZn1-xO薄膜和MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层结构的透明导电薄膜并对样品进行退火处理。利用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、光致发光、霍尔效应测试对在不同退火温度下薄膜的晶体结构、光学和电学性质进行表征分析,并研究退火温度对其影响。测试结果表明:所制备的薄膜样品均具有良好的c轴(c-axis)取向并呈现出六角纤锌矿结构。Mg组分的增加使得ZnO基薄膜的光学带隙逐渐增大,PL发光谱和吸收光谱的谱线出现了明显的蓝移现象,但薄膜的电学特性有所降低。而在MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层结构的薄膜样品中,Au夹层的存在使薄膜的光学性质变差,在紫外区域透光率约为60%。但薄膜的电学性质得到明显改善,相比MgxZn1-xO薄膜,其电阻率和迁移率显著提高。此外通过高温退火处理可以有效提高所制备薄膜的晶体质量,进一步提高样品电学特性,其中经过500℃退火后的薄膜迁移率达到了40.9cm2·Vs-1,电阻率为0.005 7Ω·cm。但随着退火温度的进一步升高,薄膜晶体尺寸从25.1nm增大到32.4nm,从而降低了该薄膜的迁移率。因此该夹层结构的MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO薄膜对于促进ZnO基透明导电薄膜在深紫外光学器件中的应用有重要作用。     

纤锌矿MgxZn1-xO/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中极化子能级

采用改进的Lee-Low-Pines(LLP)中间耦合方法研究纤锌矿Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中的极化子能级,给出极化子基态能量、跃迁能量(第一激发态到基态)和不同支长波光学声子对电子态能级的贡献随量子阱宽度d的变化规律。理论计算中考虑了纤锌矿Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中声子模的各向异性和介电常数、声子(类LO和类TO)频率等随空间坐标Z变化(SD)效应对极化子能量的影响。结果表明,Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动很大,使得极化子能量明显降低。阱宽较小时,半空间长波光学声子对极化子能量的贡献较大,而定域长波光学声子的贡献较小;阱宽较大时,情况则正好相反。在d的变化范围内,电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动(约67~79 meV)比Al x Ga1-x As/Al0.3Ga0.7As抛物量子阱中的相应值(约1.8~3.2 meV)大得多。因此,讨论ZnO基量子阱中电子态问题时要考虑电子与长波光学声子的相互作用。     

Zn1-x-yNaxCoyO薄膜的脉冲激光沉积制备及表征

采用脉冲激光沉积技术,在Si(111)衬底上成功制备出不同含量Na,Co共掺的ZnO薄膜.利用X射线衍射仪、原子力显微镜、荧光光谱仪以及四探针电阻率测试台对薄膜的结构、表面形貌和光电性质进行了表征.重点讨论了不同掺杂浓度对薄膜光电性质的影响.结果表明:Na,Co共掺没有改变ZnO的六角纤锌矿结构且掺杂导致薄膜仅有的的紫外发光峰出现红移.当Na,Co掺杂浓度分别为10%时,峰值最强且红移最明显,发光峰波长为397 nm,薄膜的电阻率最低,达到了8.34×10^-1 Ω ·cm.深入讨论了 关键词： 脉冲激光沉积 1-x-yNa_xCo_yO薄膜')" href="#">Zn_1-x-yNa_xCo_yO薄膜 光电性质 红移     

Noncentrosymmetric cubic helical ferromagnets Mn1 ? yFeySi and Fe1 ? xCoxSi

Two systems of noncentrosymmetric cubic helical magnets Mn_{1 − y} Fe _y Si (y = 0.06, 0.08, 0.10) and Fe_{1 − x} Co _x Si (x = 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.50) have been compared. The concentration dependences of the critical temperature and magnetic field have been obtained using small-angle polarized-neutron scattering and analyzed in the framework of the Bak-Jensen model. It has been established that, among the two interactions that play the main role in these systems, i.e., the isotropic symmetric ferromagnetic exchange and the Dzyaloshinskii-Moriya isotropic antisymmetric interaction, the former interaction determines the critical temperature in the Mn_{1 − y} Fe _y Si system and the latter interaction determines this temperature in the Fe_{1 − x} Co _x Si system.     

Synthesis and characterization of ZnxHg1?xSeyS1?y quantum dots

This article describes the synthesis of highly water-soluble Zn _x Hg_1−x Se _y S_1−y quantum dots (QDs) in aqueous solution through a simple photo-assisted reaction between ZnSe QDs and mercury(I) nitrate dihydrate [Hg₂(NO₃)₂·2H₂O]. In order to deduce the optimal synthesis conditions, we varied several parameters, including the concentrations of mercaptosuccinic acid (MSA) and Hg₂(NO₃)₂·2H₂O, the illumination time, and the reaction temperature. When irradiated at temperatures below 80 °C, the ZnSe QDs reacted with the S²⁻ ions formed rapidly from MSA and the Hg²⁺ ions formed from Hg₂ ²⁺ ions to form Zn _x Hg_1−x Se _y S_1−y QDs through a process of photo-etching and surface combination. Under different conditions, we prepared a series of Zn _x Hg_1−x Se _y S_1−y QDs that emit fluorescence at the maximum wavelengths ranging from 405 to 760 nm. Inductively coupled plasma-mass spectrometry and transmission electron microscopy/energy dispersive spectrometry revealed that the content of Hg in the Zn _x Hg_1−x Se _y S_1−y QDs was greater when the synthesis was conducted at higher temperature. The Zn_0.88Hg_0.12Se_0.44S_0.56 QDs exhibit improved photostability than crude ZnSe QDs and possess long lifetimes (τ₁ ~ 38 ns and τ₂ ~ 158 ns).     

关于Zn1-xBexO电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论和平面波赝势技术的CASTEP程序对Zn_1-xBe_xO合金电子结构和光学性质进行了计算.当0≤x≤1,其带隙从0.963 eV变化到7.293 eV.分析了晶格畸变和能带间排斥效应对带隙的影响.当Be含量x=0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75时,a/b轴压应变控制着带隙变化;当x=0.875,1时,c轴压应变控制着带隙变化.能带间的p-d排斥影响价带顶变动,Γ_1v与Γ_1c之间排斥影响导带底变动.这些能带间的排斥效应被用来分析Zn_1-xBe_xO带隙变动.另外,也分析了Zn_1-xBe_xO介电函数虚部ε₂. 关键词： 带结构 光学性质 应变 排斥     

Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜的结构及其磁性研究

利用X射线吸收精细结构、X射线衍射和磁性测量等技术研究脉冲激光气相沉积法制备的Zn_1-xCo_xO (x＝0.01,0.02)稀磁半导体薄膜的结构和磁性.磁性测量结果表明Zn₁-xCo_xO样品都具有室温铁磁性.X射线衍射结果显示其薄膜样品具有结晶良好的纤锌矿结构.荧光X射线吸收精细结构测试结果表明,脉冲激光气相沉积法制备的样品中的Co离子全部进入ZnO晶格中替代了部分Zn的格点位置,生成单一相的Zn_1-xCo_xO 稀磁半导体.通过对X射线吸收近边结构谱的分析,确定Zn_1-xCo_xO薄膜中存在O空位,表明Co离子与O空位的相互作用是诱导Zn_1-xCo_xO产生室温铁磁性的主要原因. 关键词： 1-xCo_xO稀磁半导体')" href="#">Zn_1-xCo_xO稀磁半导体 X射线吸收精细结构谱 脉冲激光气相沉积法     

Cu对Zn1－xFexO稀磁半导体磁性的影响

采用水热法，在温度430 ℃，填充度35%，矿化剂为3 mol·L^-1KOH，前驱物为添加适量的FeCl₂·6H₂O的Zn(OH)₂，反应时间24h，合成了Zn_1-xFe_xO和Zn_1-xFe_xO：Cu稀磁半导体晶体.当在Zn(OH)₂中添加一定量的FeCl₂·6H₂O为前驱物，水热反应产物为掺杂Fe的Zn_1-xFe_xO多种形态晶体混合物，其个体较大的晶体中的Fe原子百分比含量为0.49%—0.52%.采用超导量子干涉磁强计测量了材料的磁性，晶体的磁化强度随温度下降而减小.在前驱物中同时加入适量比例的Cu化合物，合成了共掺杂Cu的Zn_1-xFe_xO：Cu，和Zn_1-xFe_xO相比，其室温下的磁化强度有明显的提高，且在室温下具有铁磁性. 关键词： 氧化锌 水热 稀磁半导体 晶体     

Crystal structure and electrical properties of GdxMn1 ? xS and TixMn1 ? xSe solid solutions

Regions of the existence of sulfide Gd _x Mn_{1 − x} S and selenide Ti _x Mn_{1 − x} Se solid solutions have been identified. Their electrical and thermoelectric properties have been studied in the temperature range 80–900 K. It has been established that the substitution of Gd²⁺ and Ti²⁺ ions for Mn²⁺ cations initiates reversal of the type of charge carrier with respect to the starting compounds MnS and MnSe. The cation substitution in solid solutions brings about a change from the hole conduction (α > 0) characteristic of the manganese monosulfide and monoselenide to the electronic conduction (α < 0).     

制备工艺对Zn1-xMgxO薄膜结构及光学性能的影响

采用脉冲激光沉积（PLD）方法在单晶Si（100）衬底上沿c轴方向生长单晶Zn_1-xMg_xO薄膜,通过X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）和荧光光谱（PL）研究了膜厚、Mg含量、退火温度及氧气氛等制备工艺对Zn_1-xMg_xO薄膜的结构、形貌和光学性质的影响.实验结果表明,Mg含量x≤0.15时, Zn_{关键词： 1-x}Mg_xO薄膜')" href="#">Zn_1-xMg_xO薄膜 制备工艺 结构 光学性质     

Study of high-temperature oxygen permeability in Sr1 ? xLaxCo0.8 ? yNbyFe0.2O3 ? z perovskites

The oxygen permeability of ceramic SrCo_{0.8 − y} Fe_0.2Nb _y O_{3 − z} (0 ≤ y ≤ 0.2) and La_0.3Sr_0.7Co_0.6Fe_0.2Nb_0.2O_{3 − z} disc membranes as a function of temperature and oxygen partial pressure was studied. Kinetic analysis was performed based on the experimental data on oxygen permeability as a function of oxygen partial pressure.     

p型MgxZn1-xO薄膜材料的制备与光学特性

通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上生长出了Mg_xZn_1-xO薄膜,通过氧气气氛下的高温退火使得衬底中的As原子通过扩散作用进入薄膜形成受主,得到p型的Mg_xZn_1-xO薄膜。退火前后XPS谱中As(3d)峰的对比表明,Mg_xZn_1-xO薄膜中存在As。电学测试结果表明:退火对样品的电阻率和载流子浓度的影响很大。这是长时间的氧气退火使得氧空位数目明显减少,从而使Zn—O键数量显著增加造成的。在样品的X射线衍射(XRD)谱中,p型样品的(002)衍射峰明显弱于n型样品。而在二者的光致发光(PL)谱中,都存在着很强的近带边发射(NBE)峰和较弱的深能级发射(DLE)峰,p型样品的NBE峰明显较弱而DLE峰却很强。这些现象是由于As原子的扩散,使薄膜中产生了新的缺陷能级,导致能级间的激子复合更加复杂。稳定的p型Mg_xZn_1-xO薄膜的获得为制备Mg_xZn_1-xO同质结和发光二极管奠定了基础。     

Thermal conductivity of single crystals of Ca1 ? xErxF2 + x and Ca1 ? xTmxF2 + x solid solutions

The thermal conductivity of single crystals of Ca_{1 − x} Er _x F_{2 + x} (x = 0.01, 0.05, 0.07, and 0.10) and Ca_{1 − x} Tm _x F_{2 + x} (x = 0.02, 0.04, and 0.06) solid solutions is studied in the temperature ranges 50–300 and 298–673 K. With increasing content of rare-earth elements, the behavior of thermal conductivity in these solid solutions changes from the characteristic of defect single crystals to glasslike. The concentration dependences of thermal conductivity for the two systems differ insignificantly.