离子注入掺杂锐钛矿TiO2薄膜的光学性能

 在玻璃基体上,采用射频磁控溅射方法在不同的基体温度下制备了TiO₂薄膜,然后在薄膜中注入注量分别为5×1016, 1×1017和5×1017/cm2的N离子以制备N掺杂的TiO₂薄膜。X射线衍射结果表明：制备出的TiO₂薄膜为锐钛矿型。X射线光电子能谱研究结果表明：注入的N离子与TiO₂晶粒相互作用,形成了含氮的TiO_xN_2-x化合物,从而改变了TiO₂薄膜的吸收边;随N离子注量增加,吸收边移动更明显;同时,由于氮离子注入产生的辐照缺陷使TiO₂薄膜在紫外和可见光区的吸收也明显增强。     

3d过渡金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO₂及掺杂3d过渡金属TiO₂的几何、电子结构及光学性质. 计算结果表明掺杂能级的形成主要是掺杂过渡金属3d轨道的贡献，掺杂能级在禁带中的位置是决定TiO₂吸收带边能否出现红移的重要因素. Cr，Mn，Fe，Ni，Co，Cu掺杂使TiO₂的吸收带边产生红移，并在可见光区有一定的吸收系数； Sc，Zn掺杂使TiO₂的吸收带边产生蓝移，但在可见光区有较大的吸收系数；掺V不但使TiO₂的吸收带边产生红移，增强了在紫外光区的光吸收，而且在可见光区有非常大的吸收系数.     

C掺杂锐钛矿相TiO2吸收光谱的第一性原理研究

运用第一性原理,对C掺杂锐钛矿相TiO₂的电子结构进行了研究,从能带结构理论解释了C掺杂TiO₂吸收光谱的一些实验现象.发现在C掺杂后的锐钛矿相TiO₂的禁带宽度增大,并且在带隙中出现了杂质能级,这些杂质能级主要是由C 2p轨道上的电子构成的,它们之间是独立的,正是这些独立的杂质能级使TiO₂掺杂后可以发生可见光响应.价带上的电子可以吸收一定能量的光子跃迁到杂质能级,而杂质能级上的电子也可以吸收一定能量的光子跃迁到导带,所以从理论上可以计算出掺杂后的TiO₂在可见光范围内存在两个吸收边,与实验中所得到的现象相一致.     

Al掺杂原子分数及退火温度对ZnO薄膜光学特性的影响

 采用溶胶凝胶法在（0001）Al₂O₃衬底上制备了不同掺杂原子分数的ZnO:Al薄膜，在Ar气氛中进行了600～950 ℃不同温度的退火处理，研究了掺杂原子分数和退火温度对薄膜光致发光、光吸收和透射的影响。结果显示，薄膜的紫外峰强度随掺杂原子分数和退火温度的提高而增强，与缺陷相关的绿光强度却随着掺杂原子分数和退火温度的提高而降低；薄膜光学带隙随掺杂原子分数的提高从3.21 eV增大到3.25 eV；光吸收在可见光区随着退火温度的升高而增大，在紫外区却随着退火温度的升高而减小，透射与吸收的变化规律相反；薄膜吸收边随退火温度的升高出现轻微的红移。     

硼(氮、氟)掺杂对TiO2纳米颗粒光学性能的影响

利用X射线衍射谱、拉曼光谱和紫外-可见光吸收光谱研究了硼(氮、氟)掺杂对TiO₂纳米颗粒光学性能的影响.X射线衍射谱和拉曼光谱结果表明,掺硼(氮、氟)对TiO₂纳米颗粒的锐钛矿相晶体结构无明显影响,而其锐钛矿晶格出现畸变(c/a值增大),这被归因于掺杂原子对TiO₂纳米颗粒表面氧原子缺位沿晶格c轴方向的占据.另外,掺硼(氮、氟)TiO₂纳米颗粒吸收带红移与TiO相似文献   

氮铁共掺锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了N,Fe共掺杂TiO₂的晶体结构、电子结构和光学性质.研究表明,N,Fe共掺杂TiO₂的晶格体积、原子间的键长及原子的电荷量发生变化,导致晶体中产生八面体偶极矩,并因此光生电子-空穴对有效分离,提高TiO₂的光催化活性;N,Fe共掺杂同时在导带底和价带顶形成了杂质能级,使TiO₂的禁带宽度变窄,光吸收带边红移到可见光区,这些杂质能级可以降低光生载流子的复合概率,提高Ti     

金属和非金属共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

本文运用第一性原理的计算方法, 以C/TM和N/TM共掺杂(碳与过渡金属共掺杂和氮与过渡金属共掺杂)TiO₂为例, 分别计算了它们共掺杂TiO₂的束缚能、能带结构和态密度等, 通过对双掺杂结构的束缚能计算, 发现非金属和金属杂质有团聚成键的趋势, 其正的束缚能说明了掺杂原子与周围的原子成键, 因成键作用减少的体系能量高于因几何畸变带来的应力能. 在对N/V和C/Cr共掺杂能带结构和分子成键的详细分析中, 发现非金属和金属共掺杂TiO₂, 要使掺杂后TiO₂的光吸收边红移较大, 光催化性能较好, 就要符合金属和非金属共掺杂协同机制, 即 掺杂后在导带底下方和价带顶上方分别出现由金属3d和非金属2p态提供的杂质能级.     

Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的制备和特性研究

β-Ga₂O₃是一种宽带隙半导体材料,能带宽度E_g≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用。用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga₂O₃薄膜及Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜,用紫外 可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga₂O₃薄膜及Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响。退火后的β-Ga₂O₃薄膜为多晶结构,与本征β-Ga₂O₃薄膜相比,Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的β-Ga₂O₃(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°。退火后的Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强。表明退火后Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜中的Zn原子被激活充当受主。     

N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu₂O薄膜．透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu₂O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu₂O的光学禁带宽度增加．不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度E_g=2.52± 0.03 eV．第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu₂O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合．N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu₂O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因．     

多孔TiO2/Al/SiO2纳米复合结构的紫外光吸收特性研究

在SiO₂玻璃衬底上用脉冲激光沉积(PLD)技术，分别沉积Ti和Ti/Al膜，经电化学阳极氧化成功制备了多孔TiO₂/SiO₂和TiO₂/Al/SiO₂纳米复合结构. 其中TiO₂薄膜上的微孔阵列高度有序，分布均匀. 实验研究了Al过渡层对多孔TiO₂薄膜光吸收特性的影响. 结果表明：无Al过渡层的多孔TiO₂薄膜其紫外吸收峰在27     

Ti离子注入和退火对ZnS薄膜结构和光学性质的影响

利用真空蒸发法在石英玻璃衬底上制备了ZnS薄膜,将能量80 keV,剂量1×10¹⁷ cm^-2的Ti离子注入到薄膜中,并将注入后的ZnS薄膜进行退火处理,退火温度500—700 ℃.利用X射线衍射（XRD）研究了薄膜结构的变化,利用光致发光（PL）和光吸收研究了薄膜光学性质的变化.XRD结果显示,衍射峰在500 ℃退火1 h后有一定程度的恢复;光吸收结果显示,离子注入后光吸收增强,随着退火温度的上升,光吸收逐渐降低,吸收边随着退火温度的提高发生蓝移;PL显示,薄 关键词： ZnS薄膜 离子注入 X射线衍射 光致发光     

Effects of high-dose Ge ion implantation and post-implantation annealing on ZnO thin films

This paper reports that ion implantation to a dose of 1×10¹⁷ ions/cm² was performed on c-axis-orientated ZnO thin films deposited on (0001) sapphire substrates by the sol-gel technique. After ion implantation, the as-implanted ZnO films were annealed in argon ambient at different temperatures from 600-900℃. The effects of ion implantation and post-implantation annealing on the structural and optical properties of the ZnO films were investigated by x-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL). It was found that the intensities of (002) peak and near band edge (NBE) exitonic ultraviolet emission increased with increasing annealing temperature from 600-900℃. The defect related deep level emission (DLE) firstly increased with increasing annealing temperature from 600- 750℃, and then decreased quickly with increasing annealing temperature. The recovery of the intensities of NBE and DLE occurs at \sim 850℃ and \sim 750℃ respectively. The relative PL intensity ratio of NBE to DLE showed that the quality of ZnO films increased continuously with increasing annealing temperature from 600 - 900℃.     

Local structure and optical absorption characteristic investigation on Fe doped TiO_2 nanoparticles

The local structures and optical absorption characteristics of Fe doped Ti O2 nanoparticles synthesized by the sol-gel method were characterized by X-ray diffraction(XRD), X-ray absorption fine structure spectroscopy(XAFS) and ultraviolet-visible absorption spectroscopy(UV-Vis). XRD patterns show that all Fe-doped Ti O2 samples have the characteristic anatase structure. Accurate Fe and Ti K-edge EXAFS analysis further reveal that all Fe atoms replace Ti atoms in the anatase lattice. The analysis of UV-Vis data shows a red shift to the visible range. According to the above results, we claim that substitutional Fe atoms lead to the formation of structural defects and new intermediate energy levels appear, narrowing the band gap and extending the optical absorption edge towards the visible region.     

氮气氛中高温退火对ZnO薄膜发光性质的影响

以二乙基锌和水汽分别作为锌源和氧源,用LP-MOCVD方法在p型Si(100)衬底上生长了单一取向的ZnO薄膜。对得到的样品在氮气气氛中进行高温热处理,退火温度分别为900,1000,1100℃。利用室温PL谱、XRD、AFM、XPS等方法对样品的性质进行了研究。研究表明:(1)随着退火温度的升高,样品的结晶性质也逐渐提高,从表面形貌观察到晶粒尺寸逐渐增大;(2)当退火温度从900℃升高至1000℃时,样品的光致发光谱中可见光波段的发光强度有所减弱,而紫外波段的发光强度明显增强;当退火温度升高至1100℃时,可见光波段的发光几乎完全被抑制,而紫外波段的发光强度急剧增强。分析认为,高温退火改善晶体结晶质量的同时调制了样品的Zn/O比,氮气气氛下的热处理使得样品内的氧原子逸出,来自受主缺陷OZn的可见发射随温度升高逐渐减弱,而当退火温度达到1000℃以上时样品成为富锌状态,此时与施主缺陷Zni有关的紫外发射急剧增强。     

S、Cr共掺杂TiO2纳米材料的固相合成及其可见光降解性能

采用固相反应法分别合成了铬掺杂二氧化钛(Cr-TiO2)及硫和铬共掺杂二氧化钛(S-Cr-TiO2)纳米材料.并用XRD、SEM、UV-Vis、XPS、N2吸附等技术对材料进行了物相结构表征,同时研究了材料对水溶苯胺蓝的可见光降解性能.结果表明,在S-Cr-TiO2纳米材料中,硫以阳离子S6+进入二氧化钛晶格或晶格间隙...     

TiO2/SiO2的表面化学修饰及其DRS和Raman光谱分析

以氯化醇钛盐表面反应法制备系列TiO2/SiO2,根据XRD,Raman和DRS表征分析,载体表面具有分子级分散的锐钛矿型TiO2微晶粒子和非晶TiOx物种.与本体TiO2相比,TiO2/SiO2的吸收带边显著蓝移,能隙增大为3.96 eV.当金属M(M:Pd,Cu和Ni)负载于TiO2/SiO2表面,可使其光吸收域扩展到可见光区,并引起吸收带边红移.相对Pd的负载,Cu,Ni的负载对TiO2/SiO2的LMCT带影响更大,其中Cu-TiO2/SiO2的能隙减小为3.68 eV.当金属氧化物MoO3负载于TiO2/SiO2上时,可以调变TiO2/SiO2的吸收带边并增强对可见光的吸收;随MoO3载量的增加,表面物种的相互作用增强,形成Mo-O-Ti复合结构,增强了LMCT带的吸收强度,并使能隙减小为3.81 eV.     

The origin of photoluminescence in Ge-implanted SiO2 layers

Ge ions were implanted at 100 keV with 3×10¹⁶ cm⁻² into a 300  nm thick SiO₂ layer on Si. Visible photoluminescence (PL) around 2.1 eV from an as-implanted sample is observed, and faded out by subsequent annealing at 900°C for 2 h. However, PL shows up again after annealing above 900°C at the same peak position. Compared with the as-implanted sample, significant increase of Ge–Ge bonds is measured in X-ray photoelectron spectroscopy, and the formation of Ge nanocrystals with a diameter of 5 nm are observed in transmission electron microscopy from the sample annealed at 1100°C. We conclude that the PL peak from the sample annealed above 900°C is caused by the quantum confinement effects from Ge nanocrystals, while the luminescence from the as-implanted sample is due to some radiative defects formed by Ge implantation.     

退火处理对SnO2薄膜光致发光性质的影响

实验研究表明,SnO2薄膜经过退火处理后其光致发光谱有明显的变化。在氧和氮两种不同气氛中进行热处理,其变化也有差异。这种变化主要是由于SnO2膜中氧空位和自由载流于浓度变化所致。     

离子注入Zn的Si(001)基片热氧化制备纳米ZnO团簇及其生长行为研究

采用离子注入技术将Zn离子注入Si（001）基片,并在大气环境下加热氧化制备了ZnO纳米团簇.利用电子探针、薄膜X射线衍射仪、原子力显微镜和透射电子显微镜,对注入和热氧化后的薄膜成分、表面形貌和微观结构进行表征,探讨了热氧化温度以及注入剂量对纳米ZnO团簇的成核过程及生长行为的影响.结果表明,Zn离子注入到Si基片表面后形成了Zn纳米团簇,热氧化过程中Zn离子向表面扩散,在表面SiO₂非晶层和Si基片多晶区的界面处形成纳米团簇.热氧化温度是影响ZnO纳米团簇结晶质量的一个重要参数.随着热氧化温度的升高,金属Zn的衍射峰强度逐渐变弱并消失,而ZnO的（101）衍射峰强度逐渐增强.当热氧化温度高于800 ℃以后,ZnO与SiO₂之间开始发生化学反应形成Zn₂SiO₄. 关键词： ZnO纳米团簇 离子注入 微观结构 形貌分析     

铁氮共掺杂纳米TiO_2复合膜的制备、光谱分析及光催化活性研究

用溶胶-凝胶法制备铁、氮共掺杂纳米TiO2凝胶,浸渍-提拉法将其镀膜于载玻片表面,经干燥、煅烧,制得Fe-TiO2-xNr复合膜;用XRD,SEM,XPS及UV-Vis对镀膜样品进行了表征.XRD分析表明,Fe-TiO2-xNr膜为锐钛矿结构,少数氮原子替代了TiO2晶格中的氧;SEM照片说明,构成膜的粒子分散均匀,形貌一致,粒径约19 nm:UV-Vis漫反射光谱显示,Fe3+掺杂可使复合膜对可见光的响应红移至740nm处;XPS图谱证明,铁、氮的掺入降低了Ti(2p3/2)电子结合能,从而拓宽了TiO2在可见光区的吸收范围.以光催化降解苏丹红I为模型反应,比较了不同掺杂样品的光催化活性,结果表明,当掺杂的Fe3+相对于Ti4-1的原子比达到0.4%时,复合膜表现出最佳催化性能,4 h后对苏丹红I的降解率达到97%.方法制备的氮和适量铁共掺杂Fe-TiO2-xNr复合膜能协同提高TiO2对可见光的响应能力及光催化活性,在污水处理领域具有潜在的应用价值.