溶胶-凝胶法纳米ZnO薄膜的绿光发射

利用溶胶-凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)和X射线衍射谱(XRD),观测到中心波长在523 nm附近的绿色荧光发射,研究了纳米ZnO薄膜的绿光发射机制,证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级和锌空位(Vzn)形成的浅受主能级之间的复合。     

RF溅射钕掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂ZnO薄膜和Nd掺杂ZnO薄膜。应用XRD分析了ZnO:Nd薄膜的晶格结构,通过AFM观察了ZnO:Nd薄膜的表面形貌。结果表明,Nd掺入了ZnO晶格中,由于Nd原子半径大于Zn原子半径,Nd以替位原子的形式存在于ZnO晶格中。ZnO:Nd薄膜为纳米多晶薄膜,表面形貌粗糙。ZnO:Nd薄膜的室温光致发光谱表明,相同条件下制备的未掺杂ZnO薄膜和Nd掺杂ZnO薄膜都出现了395nm的强紫光带和495nm的弱绿光带。我们认为,紫光发射峰窄而锐且强度远大于绿光峰,源于薄膜中激子复合;绿光峰强度较弱,源于薄膜中的氧空位(VO)及氧反位锌缺陷(OZn)。Nd掺杂没有影响ZnO:Nd薄膜的PL谱的发射峰的峰位。由于Nd3 离子电荷数与Zn2 离子电荷数不相等,为了保持ZnO薄膜的电中性,间隙锌(VZn)可以作为Nd替位补偿性的受主杂质而存在,影响ZnO薄膜的激子浓度。同时,Nd掺入使ZnO的晶格畸变缺陷浓度改变增强,因而发射峰的强度随Nd掺杂浓度不同而变化。     

四角锥氧化锌的制备及其强蓝光发射性质研究

采用热蒸发锌(Zn)粉的方法制备了大量的ZnO纳米棒状和四角锥状结构。用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman Spectra)和光致发光谱(PL)对样品进行了形貌,结构和发光特性分析。结果表明:合成的ZnO纳米棒具有良好的晶体结构,直径约100～500 nm,长度约2～5μm,还有一些四角锥状结构。在325 nm波长光激发下,有微弱的391 nm带边紫外发射和很强的488 nm蓝光发射,呈现出纳米ZnO优异的蓝光特性,并对其生长机理和发光机理进行了初步的探讨。     

纳米ZnO薄膜可见发射机制研究

利用溶胶－凝胶法 （Sol-Gel）制备了纳米ZnO薄膜，获得了高强的近紫外发射室温下测量了样品的光致发光谱(PL )、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD).X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶态，具有六角纤锌矿结构和良好的C轴取向；发现随退火温度升高，（002）衍射峰强度显著增强，衍射峰的半高宽（FWHM）减小、纳米颗粒的粒径增大.由吸收谱(ABS)给出了样品室温下带隙宽度为3.30 eV.在PL谱中观察到二个荧光发射带，一个是中心波长位于392 nm附近强而尖的紫带，另一个是519 nm附近弱而宽的绿带研究了不同退火温度样品的光致发光峰值强度的变化关系，发现随退火温度升高，紫带峰值强度增强、绿带峰值强度减弱，均近似呈线性变化.证实了纳米ZnO薄膜绿光发射主要来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级与锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合，或氧空位(Vo)形成的深施主能级上的电子至价带顶的跃迁；紫带来自于导带中的电子与价带中的空位形成的激子复合.     

CVD两步法生长ZnO薄膜及其光致发光特性

用CVD两步法在常压下于p型Si(100)衬底上沉积出具有较好择优取向的多晶ZnO薄膜。在325nm波长的光激发下,室温下可观察到显著的紫外光发射(峰值波长381nm)。高温退火后氧空位缺陷浓度增加,出现了一个450~600nm的绿光发光带,发光峰值在510nm。作为比较,用一步法生长的ZnO薄膜结晶质量稍差。在其PL谱中不仅有峰值波长389nm的紫外发射而且还出现了一个很强的蓝光发光中心(峰值波长437nm),退火后同样产生绿光发光带。对这两种绿光发光带的发光机制进行了研究,认为前者源于VO,而后者与O_Zn有密切的关系。     

磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射、扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对ZnO薄膜微观结构及光致发光特性的影响。结果表明,合适的衬底温度有利于提高ZnO薄膜的结晶质量;在室温下测量样品的光致发光谱(PL),观察到波长位于400 nm左右的紫光、446 nm左右的蓝色发光峰及502 nm左右微弱的绿光峰,随衬底温度升高,样品的PL谱中紫光及蓝光强度逐渐增大,同时,绿光峰的强度也表现出一定程度的增强。经分析得出紫光应是激子发光所致,而锌填隙则是引起蓝光发射的主要原因,502 nm左右的绿光峰应该是氧的深能级缺陷造成的。此外,还测量了样品的吸收谱,并结合样品吸收谱的拟合结果对光致发光机理的分析作了进一步的验证。     

La、Ce掺杂ZnO纳米晶的发光特性

共沉淀法制备了稀土镧、铈掺杂的ZnO半导体纳米晶。X射线衍射(XRD)结果表明:掺杂的ZnO纳米晶为六方纤锌矿结构,随掺杂浓度增加ZnO粒径减小。对铈掺杂纳米ZnO,以波长380nm激发,在443nm处出现了半峰宽较窄的强的蓝光发射峰;镧掺杂ZnO纳米晶则为从418~610nm的多峰宽带发射。     

纳米ZnO薄膜的光致发光性质

利用溶胶－凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD)．X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶状态,具有六角纤锌矿晶体结构和良好的C轴取向．观察到二个荧光发射带,中心波长分别位于395 nm的紫带、524 nm的绿带和450 nm附近的蓝带．证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(VO)形成的浅施主能级和锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合;450 nm附近的蓝带来自电子从VO的浅施主能级到价带顶或锌填隙(Zni) 到价带顶或导带底到VZn的浅受主能级的复合．     

ZnO:Er3+纳米晶的制备及发光性质研究

为了探讨稀土Er3 与纳米ZnO基质之间的能量传递,利用化学方法制备了ZnO:Er3 纳米晶,测量了样品的X射线衍射谱(XRD)、光致发光谱(PL)和激发谱(PLE).X射线衍射结果表明,ZnO:Er3 具有六角纤锌矿晶体结构.室温下,在365 nm激发下,在ZnO宽的可见发射背景上,观测到了Er3 的激发态4S3/2(550 nm),2H11/2(521 nm)和4F5/2(456 nn)的特征发射.分析了ZnO:Er3 纳米晶的带边发射和稀土Er3 的特征发射的峰值强度随掺Er3 浓度的变化关系,比较了ZnO:Er3 与未掺杂的ZnO的光致发射峰值强度的变化,给出了稀土Er3 的激发态4S3/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2和4F5/2→4I15/2的发射机制,证实了纳米ZnO基质与稀土Er3 离子之间存在能量传递.     

不同衬底上的ZnO薄膜紫外光致发光

用射频磁控溅射法在蓝宝石、硅和石英衬底上沉积出具有好的择优取向的多晶ZnO薄膜. 在270 nm波长的光激发下室温下可观察到显著的紫外光发射（波长为356 nm）和较弱的蓝光发射（波长为446 nm）. 经高温退火后薄膜的结晶质量显著提高, 在蓝宝石、石英衬底上沉积的薄膜，其积分发光强度分别增加了7倍和14倍.而硅衬底上的膜发光强度增强不太显著.紫外光发射源于电子的带间跃迁，而蓝光发射是由电子从氧空位浅施主能级到价带顶的跃迁引起的. 关键词： ZnO薄膜 射频磁控溅射 紫外发光 退火     

Red luminescence in ZnO films prepared by a glycol-based Pechini method

ZnO thin films on fused quartz substrates were prepared by a glycol-based Pechini method. The structural and optical properties were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), optical transmittance spectrum, and photoluminescence (PL) spectrum. A red emission around 700 nm was found in PL spectrum, and its peak intensity gained a strong enhancement (140%) while annealing temperature increased from 700 °C to 800 °C. The red emission was ascribed to the possible high defect density in boundary layers of nanocrystalline grains.     

Influence of excitation light wavelength on the photoluminescence properties for ZnO films prepared by magnetron sputtering

Highly orientated polycrystalline ZnO films were deposited on sapphire, silicon and quartz substrates at room temperature by r.f. magnetron sputtering. Different photoluminescence (PL) spectra were observed when excited with different wavelength light. A UV emission peak (356 nm) and a blue peak (446 nm) were generated for the films on sapphire, silicon and quartz substrates, and only the 446 nm blue emission appeared for the films on glass substrates when the wavelength of the excitation light was 270 nm. With increasing the wavelength of the excitation light up to 300 and 320 nm, the UV emission disappeared for films on various substrates and the wavelength of the PL peaks increased up to 488 and 516 nm, respectively. When the wavelength of the excitation light increased to 398 nm, the PL spectrum becomes a wide band that is consistent with three emission peaks.     

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。     

MOCVD法生长Ga、P掺杂的ZnO薄膜

采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备Ga、P掺杂的ZnO薄膜,分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测试、光致发光谱对样品进行表征。通过Ga、P掺杂分别得到n、p型ZnO薄膜,n型ZnO薄膜的载流子浓度可以达到1×1019cm-3,p型ZnO薄膜的载流子浓度达到1.66×1016cm-3。所制备的ZnO薄膜具有c轴择优生长取向,并且p型ZnO薄膜具有较好的光致发光特性。     

热处理参数对溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜特性的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在Si(111)衬底上生长了ZnO薄膜，并用荧光光谱、原子力显微镜和XRD对ZnO薄膜样品进行了分析.结果表明，溶胶-凝胶旋涂法制备的ZnO薄膜为纤锌矿结构，其c轴取向程度与热处理温度有很大的关系.当热处理温度小于550℃时，氧化锌薄膜在室温下均有较强的紫外带边发射峰，而可见波段的发射很弱；当热处理温度高于550℃时，可见波段发射明显增强.对经过不同时间热处理的ZnO薄膜样品分析表明，氧化锌薄膜的荧光特性及表面形貌与热处理时间也有很大关系，时间过短可见波段的发射较强，但时间过长会导致晶 关键词： ZnO薄膜 光致发光     

Effect of temperature on pulsed laser deposition of ZnO films

ZnO thin films have been deposited on Si(1 1 1) substrates at different substrate temperature by pulsed laser deposition (PLD) of ZnO target in oxygen atmosphere. An Nd:YAG pulsed laser with a wavelength of 1064 nm was used as laser source. The influences of the deposition temperature on the thickness, crystallinity, surface morphology and optical properties of ZnO films were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), selected area electron diffraction (SAED), photoluminescence (PL) spectrum and infrared spectrum. The results show that in our experimental conditions, the ZnO thin films deposited at 400 °C have the best surface morphology and crystalline quality. And the PL spectrum with the strongest ultraviolet (UV) peak and blue peak is observed in this condition.     

ZnO薄膜的分子束外延生长及性能

利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在Si(100)、GaAs(100)和蓝宝石Al2O3(0001)衬底上用Zn、ZnS或以一定Zn-O化学计量比作缓冲层,改变衬底生长温度和氧压,并在氧气氛下,进行原位退火处理,得到ZnO薄膜。依据X射线衍射(XRD)图,表明样品的结晶性能尚好,且呈c轴择优取向;实验结果表明在不同衬底上生长的ZnO薄膜,由于晶格失配度不同,其衍射峰也有区别。用原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌,为晶粒尺寸约几十纳米的ZnO纳米晶,且ZnO晶粒呈六边形柱状垂直于衬底的表面。采用掠入射X射线反射率法测膜厚。在360nm激发下,样品的发光光谱是峰值为410,510nm的双峰谱,是与样品表面氧缺陷有关的深能级发光。     

溅射气氛对RF反应磁控溅射制备ZnO薄膜微结构及光致发光特性的影响

用射频反应磁控溅射法在不同溅射压强和氩氧比下制备了ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光(PL)谱等研究了溅射压强和氩氧比对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。测量结果显示,所制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,具有沿c轴的择优取向;溅射压强P=0.6Pa,氩氧比Ar/O2=20/5.5sccm时,(002)晶面衍射峰强度和平均晶粒尺寸较大,(O02)XRD峰半峰全宽(FWHM)最小,光致发光紫外峰强度最强。     

Photoluminescence of ZnO films prepared by r.f. sputtering on different substrates

Polycrystalline ZnO films with good orientation were deposited on sapphire, quartz, Si and 7059 glass substrates by r.f. magnetron sputtering. A strong UV photoluminescence (PL) peak (located at 356 nm) and a weak blue emission peak (located at 446 nm) were observed at room temperature (RT) for the films deposited on sapphire, quartz and Si substrates when excited with 270 nm light. For the films prepared on Corning 7059 glass, only a strong 446 nm blue emission peak was found, and the PL intensity decreased with increasing oxygen pressure during films deposition. The intensity of the UV emission increased 7 and 14 times, respectively, for the films on sapphire and quartz substrates after high temperature annealing in vacuum. The UV emission originates from the inter-band transition of electrons and the blue emission is due to transition of electrons from the shallow donor level of the oxygen vacancies to the valence band.     

低温电化学沉积ZnO薄膜及光学性质

利用阴极还原沉积原理,在水浴65℃的Zn(NO3)2水溶液中,以金属锌片为衬底电沉积制备了ZnO薄膜。采用拉曼光谱和低温光致发光谱(LTPL)对ZnO膜的光学性质进行了表征。实验表明,较小电沉积过电位制备的样品没有明显的与富锌缺氧有关的580cm-1附近的拉曼峰,呈现373nm的紫外光致发光峰,说明较小的电沉积过电位有利于高晶体质量的ZnO膜生长。