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。     

制备一维可控形貌的ZnO微米棒

用化学溶液法以醋酸锌和六亚甲基四胺为原料在玻璃衬底上生长出不同形貌的亚微米和微米ZnO棒。探讨了反应液的酸碱度和反应液浓度对生成的ZnO棒形貌的影响，并分析了其生长机制。通过控制一定的酸碱度和溶液浓度，可以得到规则的六角ZnO棒状阵列。这种规则的六角棒沿着[002]方向生长。测量了样品的XRD，扫描电镜像(SEM)，并对其发光性能进行了测量分析。其中规则六角ZnO棒的光致发光光谱中有一很强的峰值650nm红色宽谱带和一峰值约387nm的激子发光峰。激子发光峰加宽，实际上是自由激子的发光峰(380nm)和Zni的发光峰(430nm)的叠加。而红色发光峰可能是Vo2+中的电子和价带中的空穴辐射复合所致。     

ZnO亚微米和微米棒的晶体生长及发光性质

用硝酸锌Zn(NO3 )2·4H2O和六亚甲基四胺 (CH2 )6N4,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出ZnO六角形亚微米和微米棒(长 5~6μm,直径 0. 8 ~5μm)。生长时间达两天后,ZnO棒呈中空六角形微米管。测量了样品的X射线衍射(XRD)谱,扫描电镜像和喇曼光谱。ZnO微米棒的光致发光为橙红色宽谱带发射(峰值 630nm, 半峰全宽 250nm), 其激发光谱除带间本征激发(短于 370nm)外,还有很强的在导带底附近的室温激子激发峰(峰值 387nm,半峰全宽 30nm)。而阴极射线发光有两个发射峰,橙色宽谱带强峰 (峰值580nm,半峰全宽约为140nm)是缺陷发光峰,近紫外窄谱带弱峰(峰值 395nm,半峰全宽约为 20nm)是激子发光峰。     

ZnO：V薄膜后退火处理前后的微结构与发光特性

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在单晶硅(100)衬底上分别制备了ZnO:V薄膜和纯ZnO薄膜。为进一步研究后退火对ZnO:V薄膜结构和发光性质的影响,在两段式快速退火后又在800℃下进行了后退火处理。X射线衍射的结果表明:后退火处理前,钒(V)的掺入使ZnO结晶质量变差,而800℃退火处理后,从ZnO的衍射峰中可以看出,相对于无V杂样品其结晶质量变好。扫描电子显微镜形貌图中可以看出制备的样品薄膜颗粒大小均匀,薄膜致密度较高。光致发光(PL)谱的研究表明:ZnO:V薄膜在800℃退火处理后,紫外和绿带发光峰均增强,但紫外发光峰增强得更多;与同样条件下制备的纯ZnO薄膜的PL谱比较,发现V掺杂后样品的紫外激子复合发光峰的强度明显增强且峰位发生蓝移,而缺陷引起的绿带发光峰的强度降低。     

ZnO∶V薄膜后退火处理前后的微结构与发光特性

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在单晶硅(100)衬底上分别制备了ZnO∶V薄膜和纯ZnO薄膜。为进一步研究后退火对ZnO∶V薄膜结构和发光性质的影响,在两段式快速退火后又在800℃下进行了后退火处理。X射线衍射的结果表明:后退火处理前,钒(V)的掺入使ZnO结晶质量变差,而800℃退火处理后,从ZnO的衍射峰中可以看出,相对于无V杂样品其结晶质量变好。扫描电子显微镜形貌图中可以看出制备的样品薄膜颗粒大小均匀,薄膜致密度较高。光致发光(PL)谱的研究表明:ZnO∶V薄膜在800℃退火处理后,紫外和绿带发光峰均增强,但紫外发光峰增强得更多;与同样条件下制备的纯ZnO薄膜的PL谱比较,发现V掺杂后样品的紫外激子复合发光峰的强度明显增强且峰位发生蓝移,而缺陷引起的绿带发光峰的强度降低。     

退火对常压MOCVD法生长的高结晶性能 ZnO薄膜发光特性的影响

研究了氧气退火和氮气退火对ZnO薄膜发光特性的影响。ZnO膜是采用常压金属有机化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上生长的。原生样品1有一很强的紫外峰及较强的绿光峰（525nm附近）;原生样品2有很强的紫外峰,深能级发光几乎观察不到。然后从不同原生膜上取两块小样品,分别在氧气和氮气中退火,退火温度是400,500,600,700,800℃。结果表明,在700℃以下退火,退火气氛对ZnO膜的深能级发光影响较大;超过700℃后,退火温度对ZnO薄膜的发光影响大,但退火气氛影响不太明显。通过退火对ZnO薄膜发光特性的影响,讨论了ZnO膜中525nm附近绿光峰的起源。     

反应溅射氧化锌薄膜的结构特点及性质

以金属Zn(纯度为99.99%)作为靶材,采用离子束反应溅射法在玻璃衬底上溅射沉积了一系列ZnO薄膜样品。通过对薄膜样品X射线衍射(XRD)谱的分析,发现尽管溅射条件不同,但是ZnO薄膜只沿(0002)晶面取向生长。衬底温度和溅射气体的氧分压对薄膜沿c轴取向生长有影响,其中衬底温度的影响较明显。溅射过程中发现衬底温度为360℃最适合(0002)晶面的生长,在此温度下溅射获得了完全沿c轴取向生长且衍射峰最强的ZnO薄膜。室温下测量了ZnO薄膜的发射光谱,发现薄膜在紫外区(364nm附近)、蓝绿区(470nm附近)有较强的发光峰,在紫光区(398nm附近)、蓝光区(452nm附近)和红外区(722nm附近)有较弱的发光峰。ZnO薄膜在空气中退火,对薄膜的结构、发光和电学性质都有一定影响。合适的退火温度可以促进薄膜沿c轴的取向生长;退火后ZnO多晶薄膜的晶粒比未退火的略大;退火使部分发光峰的位置发生偏移并使薄膜的发光强度增强;退火使薄膜的电阻率显著增大,薄膜的电阻率随氧分压的增大而增大。     

高质量ZnO微米棒的制备及其光学性质

利用水热法制备ZnO微米棒。醋酸镁[Mg(CH3COO)2.4H2O]、醋酸锌[Zn(CH3COO)2.2H2O]和六次甲基四胺(C6H12N4)以一定比例配置成反应溶液,把反应溶液加热到90℃,反应时间为24h,能够在硅衬底上生长高质量的ZnO微米棒。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪对ZnO微米棒的晶体结构和表面形貌进行了分析,结果表明,样品为细长条棒状结构,呈现六方纤锌矿结构,长径比可达10∶1,并且在[002]方向择优生长。在样品中并未发现镁离子,它有可能扮演着催化剂的角色。对ZnO微米棒的光致发光性能进行测量,由PL光谱分析可知,样品在384nm处有一个紫外发光峰,半峰全宽为13nm,紫外发光峰强度比可见发光峰强度大的多,样品的质量较好。     

注入Ar+的蓝宝石晶体退火前后光致发光谱的分析

对注入Ar 后不同晶面取向的蓝宝石晶体在不同退火条件下的光致发光谱进行了分析.分析结果表明:三种晶面取向的蓝宝石样品经Ar 注入后,其光致发光谱中均出现了新的位于506 nm处的发光峰;真空和空气气氛下的退火均对样品在506 nm处的发光有增强作用,不同晶面取向的样品发光增强程度不同,且发光增强至最大时的退火温度也不同,空气气氛下的退火使样品发光增强程度更为显著.由此可以看出,退火气氛、退火温度和晶面取向均对样品发光峰强度有影响.     

In掺杂的ZnO纳米棒的共振Raman光谱研究

本文报道In掺杂ZnO纳米棒的成功制备和对其结构以及光荧光性能的详尽研究。在室温条件下ZnO的共振拉曼谱线容易受到很强的荧光干扰, 甚至导致共振拉曼谱线完全被湮没。微量In掺杂入ZnO纳米棒中, 调控紫外发光峰由378 nm(纯ZnO)红移至397 nm; 另外, 在制备过程中引入过量的氧, 在样品中产生大量缺陷, 降低了ZnO的紫外近带边发光峰强度。这两方面导致在室温下可清楚的观察到In掺杂ZnO纳米棒的6阶LO拉曼峰。     

不同气氛退火对PbWO4单晶发光的影响

通过对不同气氛条件下退火的PbWO4(PWO)单晶样品的激发谱与发射谱的对双研究，发现真空退火从整体上抑制PbWO4的发光强度，氧空位（Vo）缺陷是420nm吸收和红光发射的原因，而空气退火可以有效抑制Vo缺陷，全面改善PWO的发光性能。另外，首次报道了310nm附近的激子激发峰发生劈裂的现象，其中波长较长的320nm激发对应于与Vo缺陷相关的激子激发态。     

Structural and PL properties of Cu-doped ZnO films

Cu-doped ZnO films with hexagonal wurtzite structure were deposited on silicon (1 1 1) substrates by radio frequency (RF) sputtering technique. An ultraviolet (UV) peak at ∼380 nm and a blue band centered at ∼430 nm were observed in the room temperature photoluminescent (PL) spectra. The UV emission peak was from the exciton transition. The blue emission band was assigned to the Zn interstitial (Zn_i) and Zn vacancy (V_Zn) level transition. A strong blue peak (∼435 nm) was observed in the PL spectra when the α_Cu (the area ratio of Cu-chips to the Zn target) was 1.5% at 100 W, and ZnO films had c-axis preferred orientation and smaller lattice mismatch. The influence of α_Cu and the sputtering power on the blue band was investigated.     

Fabrication and properties of ZnO:Cu and ZnO:Ag thin films

Thin films of ZnS and ZnO:Cu were grown by an original metal–organic chemical vapour deposition (MOCVD) method under atmospheric pressure onto glass substrates. Pulse photo-assisted rapid thermal annealing of ZnO:Cu films in ambient air and at the temperature of 700–800 C was used instead of the common long-duration annealing in a vacuum furnace. ZnO:Ag thin films were prepared by oxidation and Ag doping of ZnS films. At first a closed space sublimation technique was used for Ag doping of ZnO films. The oxidation and Ag doping were carried out by a new non-vacuum method at a temperature >500 C. Crystal quality and optical properties were investigated using X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), and photoluminescence (PL). It was found that the doped films have a higher degree of crystallinity than undoped films. The spectra of as-deposited ZnO:Cu films contained the bands typical for copper, i.e. the green band and the yellow band. After pulse annealing at high temperature the 410 and 435 nm photoluminescent peaks were observed. This allows changing of the emission colour from blue to white. Flat-top ZnO:Ag films were obtained with the surface roughness of 7 nm. These samples show a strong ultraviolet (UV) emission at room temperature. The 385 nm photoluminescent peak obtained is assigned to the exciton–exciton emission.     

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.     

纳米ZnO薄膜的激子光致发光特性

报道了纳米ZnO薄膜激子光致发光(PL)与温度的关系。首先利用低压金属有机化学气相沉积(LPMOCVD)技术生长ZnS薄膜,然后将ZnS薄膜在氧气中于800℃下热氧化2h获得纳米ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明,纳米ZnO薄膜具有六角纤锌矿多晶结构且具有择优(002)取向。室温下观察到一束强的紫外(326eV)光致发光(PL)和很弱的深能级(DL)发射。根据激子峰的半高宽(FWHM)与温度的关系,确定了激子纵向光学声子(LO)的耦合强度(ГLO)。     

退火对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜结构和光致发光的影响

采用溶胶-凝胶法在n-Si(100)衬底上制备ZnO薄膜并从三个方面对其研究。X射线衍射结果表明,在含氧气氛中退火的ZnO薄膜为多晶六角纤锌矿结构,有明显的c轴择优结晶取向;退火时间的长短和温度的高低对结晶取向性和粒径均有较大影响,通过进一步的研究发现最佳处理温度在500℃左右。用扫描电子显微镜观察样品的表面和侧面形貌,晶体的生长比较均匀,粒径平均在70~160nm范围内,与XRD测量结果相一致。室温下ZnO胶体的光致发光谱表明,随着胶体老化时间的延长,胶体的紫外峰位发生了蓝移。室温下ZnO薄膜的光致发光谱表明,紫外部分的发光峰位在365,390nm,发光强度较强;在可见光区的发光强度相对较弱,但是还没有被氧完全抑制掉。     

ZnO/SiO2 复合薄膜的光学性能

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备ZnO/SiO₂复合薄膜,分别用XRD、TEM、SEM对样品的结构和形貌进行表征,并研究了不同ZnO含量对复合薄膜透过率及荧光特性的影响。结果表明,样品经500 ℃退火处理生成了SiO₂和ZnO,其晶粒尺寸为18.7 nm,薄膜具有双层结构。复合薄膜的透过率随着其中ZnO含量的增加而降低,禁带宽度减小,光学吸收边红移。样品在355 nm波长激发下产生了384 nm的紫外发射峰和440 nm的蓝光发射带,并随ZnO含量的增加而增强,它们分别来自ZnO的电子-空穴复合发光和缺陷发光,及ZnO/SiO₂复合薄膜双层结构的缺陷发光。     

Cu掺杂氧化锌薄膜的发光特性研究

通过射频反应溅射法在Si（111）衬底上制备了不同Cu掺杂量的ZnO薄膜.室温下测量了样品的光致发光（PL）谱，所有样品的PL谱中均观察到435?nm左右的蓝光发光带，该发光带的强度与Cu掺杂量和溅射功率有关.当溅射功率为150?W，Cu掺杂量为2.5%时，ZnO薄膜的PL谱中出现了较强的蓝光双峰，而溅射功率为100?W，Cu掺杂量为1.5%时，出现了位于437nm（2.84eV）处较强的蓝光峰，后者的取向性较好.还研究了掺杂量和溅射功率对发光特性的影响，并对样品的蓝光发光机制进行了探讨. 关键词： ZnO薄膜 Cu掺杂 光致发光谱 射频反应共溅射     

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．