N掺杂MgxZn1-xO薄膜结构和光学性质研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了N掺杂MgxZn1-xO薄膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射光谱、光致发光(PL)谱对N掺杂MgxZn1-xO薄膜样品的晶体结构、表面形貌和光学性能进行了研究.XRD结果表明所有样品均形成了MgZnO合金薄膜,没有观察到其它氧化物的衍射峰.样品的结晶质量越差,样品的表面形貌越不规则,但样品在可见光的透射率越强,甚至达到了95;.样品的禁带宽度随Mg含量的增加而增加,随N含量的增加而减小.所有样品的光致发光谱均观察到强的400 nm发光和弱的可见发光.400 nm的发光强度随Mg含量的增加而减弱,随N含量的增加而增强,认为薄膜在400 nm的发光来源ZnO的激子复合.     

超声喷雾热解法制备铝掺杂氧化锌薄膜

采用超声喷雾热解法在玻璃衬底上制作了不同浓度Al掺杂的ZnO: Al薄膜(AZO).采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)、反射光谱(Res)、四探针测试仪等测试了不同Al掺杂浓度下AZO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学、电学性能.SEM结果表明低掺杂浓度时AZO表面致密,随着Al浓度的增加薄膜表面孔洞增多,平整度降低.XRD结果表明当nZn/nAl物质的量比为100: 5时, AZO薄膜为c轴择优取向纤锌矿结构.PL谱结果表明不同浓度的Al掺杂AZO薄膜具有近带边紫外发射和深能级发射两个发射峰,且紫外发射峰随着Al3+浓度的增加先蓝移后红移.反射光谱表明所有样品在可见光区的反射率较低..方阻测试结果表明当nZn/nAl为100: 5时,AZO薄膜具有良好的导电性.     

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO及其特性

采用溶胶-凝胶法制备了不同组分(x=0.1～0.3)的MgxZn1-xO前驱体,并对它进行不同温度的热处理(550℃～1000℃).X射线衍射(XRD)结果表明,Mg0.1Zn0.9O具有和ZnO一样的衍射谱,为六方纤锌矿结构,而且随着热处理温度的升高,ZnO衍射峰的强度逐渐增强,半高宽不断减小;Mg元素掺杂浓度增大后,出现了MgO的峰位.扫描电子显微镜(SEM)显示Mg0.1Zn0.9O晶粒粒径分布较均匀;热处理温度升高,晶粒的尺寸不断变大.用室温荧光光谱(PL)分析了经过550～1000℃热处理获得的Mg0.1Zn0.9O粉末,结果发现除了550℃下处理的样品,其它都有紫外发射峰(350nm左右),而且随着热处理温度的升高紫外峰有明显的蓝移现象.     

掺Cd对ZnO薄膜光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃上制备了不同掺Cd浓度的ZnO薄膜.X射线衍射(XRD)结果表明,所制备的薄膜具有c抽择优取向,随着Cd掺杂浓度的升高,(002)峰向低角度方向移动.UV透射曲线表明,薄膜具有明显的紫外吸收边,通过改变Cd的掺入浓度,可以使吸收边向长波方向移动并被控制在一定范围内,从而使薄膜的禁带宽度连续可调;薄膜的光致发光(PL)谱显示,ZnO薄膜的PL谱是由紫外激子发光峰和蓝光发光带组成,通过掺入Cd可使紫外带边发射的峰位向低能端方向红移,这与透射谱中吸收带边的红移相吻合,由紫外发光峰得到的光禁带宽度和由透射谱拟合得到的光禁带基本一致.对不同掺杂浓度的薄膜进行了比较,发现Cd掺入量为8;摩尔分数时ZnO薄膜具有最佳的结构性能和发光性能.     

F掺杂对溶胶-凝胶法制备的ZnO∶ Fe薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn0.98-xFe0.02FxO(x =0,0.01,0.02,0.03,0.04)薄膜,进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见透过谱(UV-VIS)、光致发光(PL)多种测试手段研究了不同掺F浓度对ZnO∶ Fe薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光的影响.结果表明:样品均为六角纤锌矿结构,当F掺杂浓度为2at;时,薄膜的结晶度最好且表现出明显的c轴择优取向.随着F掺杂浓度的进一步增大,薄膜的结晶性逐渐变差,c轴择优取向消失.F掺杂ZnO∶ Fe薄膜在可见光区均有很高的透过率,平均可达93;.样品的禁带宽度随着掺F浓度的增加而减小.PL谱观察到Zn0.98-xFe0.02FxO薄膜的发射峰主要由紫外发射峰和蓝光发射峰组成,其中2at;F掺杂样品的紫外发射强度最大,同时蓝光发射强度随着F含量的增大逐渐减小.     

超声喷雾热解法制备不同掺杂浓度ZnO∶Eu薄膜

以醋酸锌,氯化铕的混合水溶液为前驱体,采用超声喷雾热解法在ITO导电玻璃衬底上制备了掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对ZnO∶Eu薄膜的形貌,结构和光学性质进行了研究。通过对比掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜的结构和光学性能,可知在掺杂浓度为6mol%时薄膜的性能最好。SEM照片表明制备的ZnO∶Eu薄膜为致密的纳米颗粒薄膜,ZnO∶Eu晶粒尺寸大约在200～250 nm。XRD图谱表明当掺杂浓度为6mol%时,ZnO∶Eu薄膜具有很好的六角纤锌矿结构,且在2θ=50.47°处出现Eu2O3的衍射峰。激发光谱测试表明ZnO∶Eu薄膜在280 nm,373 nm,393 nm处有较强的紫外吸收。当用280 nm激发光激发时ZnO∶Eu薄膜在613 nm处具有较强的红光发射。     

在钛酸锶衬底上外延生长ZnO薄膜及其性能研究

用脉冲激光淀积法(PLD)在(111)面SrTiO3衬底上外延生长ZnO单晶薄膜.样品分别在衬底温度为350℃、500℃、600℃下外延生长.X射线衍射(XRD)的结果表明,所得的ZnO单晶薄膜结晶性能好,只出现(002)和(004)两个衍射峰,(002)峰的半高宽度(FWHM)为0.23°.在荧光光谱中我们只观察到来源于带边激子跃迁的强UV发射,并且随着生长温度的升高,紫外峰的强度逐渐增强.样品的SEM图像表明所得ZnO薄膜表面平整,晶粒均匀.衬底温度为600℃时,所得到的ZnO薄膜结构完整,晶粒尺寸最大,均匀;而且紫外发射最强.     

La掺杂对ZnO纳米薄膜微观结构与光学特性的影响

采用射频磁控溅射方法在Si衬底上制备了不同掺杂量的La掺杂ZnO(ZnO∶La)薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计和光致荧光发光(PL)等表征技术,研究了不同掺杂量对ZnO∶ La薄膜的微观结构和光学特性的影响.结果表明,所有薄膜均只出现的(002)衍射峰,表明La3+可以替代ZB2或者进入ZnO晶格间隙,并未改变ZnO的六角纤锌矿结构.通过计算可知La掺杂可以抑制ZnO的晶粒增长.可见光范围的透过率超过80;,同时随着La掺杂量的增加,薄膜的光学带隙值逐渐增大.通过对光致发光谱的研究表明,La掺杂可以增强ZnO薄膜室温下的紫外光发光强度.     

铟镓共掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结生长行为和光电性能的影响

利用低温水热法在p-GaN薄膜上生长了铟(In)和镓(Ga)共掺杂的ZnO纳米棒。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能量色谱仪(EDS)结果表明,In和Ga已固溶到ZnO晶格中。扫描电子显微镜(SEM)结果表明, ZnO纳米棒具有良好的c轴取向性,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,纳米棒的直径减小,密度增加。XRD结果表明,In和Ga共掺杂引起ZnO晶格常数增大,导致(002)衍射峰向低角度方向偏移。同时,ZnO的光学性质受到In和Ga共掺杂的影响。与纯ZnO相比, 共掺杂ZnO纳米棒的紫外发射峰都出现轻微红移,这是表面共振和带隙重整效应综合作用的结果。I-V特性曲线表明,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结具有更好的导电性。     

Eu、Mg共掺ZnO薄膜的微观结构与光致发光性能研究

采用射频磁控溅射技术,以不同Eu、Mg掺杂比的ZnO/MgO/Eu2O3陶瓷靶材,制备了Eu、Mg共掺的ZnO薄膜(ZMEO).通过X射线衍射(XRD)、Raman散射及光致发光(PL)技术研究了Eu、Mg掺杂比对ZMEO薄膜微观结构和光致发光性能的影响.结果表明:所制备的ZMEO薄膜皆为六角纤锌矿型结构.适当的Eu、Mg掺杂比不但有利于ZnO晶粒的生长,而且可以引入缺陷俘获导带电子,促进ZnO和Eu3+之间的能量传递,使Eu3+的红光发射强度获得提升.     

MgO相分离对MgxZn1-xO纳米粉体结构和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了MgxZn1-xO(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)纳米粉体。X射线衍射谱表明:在较高的温度(850℃以上)下退火,MgxZn1-xO纳米粉体从单一的纤锌矿结构相中分离出MgO相的掺杂浓度x约为0.13,且随着x的增加,MgO相含量呈指数型增长。室温光致发光谱显示:MgO相分离对紫外与绿光发射的相对强度有直接的影响,随着MgO相分离的出现,紫外发光峰蓝移,并随着MgO相的增加,紫外发光峰的强度受抑,绿光发光峰变强。样品的室温透过率显示:MgxZn1-xO的禁带宽度在x=0.1时达到最大值并受MgO相分离的影响而减小。     

Photoluminescence characteristics of Mg- and Si-doped GaN thin films grown by MOCVD technique

We have studied the optical, structural and surface morphology of doped and undoped GaN thin films. The p- and n-type thin films have been successfully prepared by low-pressure MOCVD technique by doping with Mg and Si, respectively. The different carrier concentrations were obtained in the GaN thin films by varying dopant concentrations. Photoluminescence (PL) studies were carried to find the defect levels in the doped and undoped GaN thin films at low temperature. In the undoped GaN thin films, a low intensity and broad yellow band peak was observed. The donor–acceptor pair (DAP) emission and its phonon replicas were observed in both the Si or Mg lightly doped GaN thin films. The dominance of the blue and the yellow emissions increased in the PL spectra, as the carrier concentration was increased. The XRD and SEM analyses were employed to study the structural and surface morphology of the films, respectively. Both the doped and the undoped films exhibited hexagonal structure and polycrystalline nature. Mg-doped GaN thin films showed columnar structure whereas Si-doped films exhibited spherical shape grains.     

ITO玻璃衬底上生长的Zn0.9Mg0.1S多晶薄膜特性研究

以ZnS和Mg粉末为原料,采用真空蒸镀技术在ITO玻璃上成功地制备了宽禁带三元化合物Zn0.9Mg0.1S多晶薄膜.原子力显微镜和X射线衍射研究表明:薄膜生长形貌和结晶性能良好,为择优取向的立方闪锌矿结构,晶粒直径约20nm,薄膜的X射线衍射峰较之ZnS的衍射峰向大角度方向移动了0.46°;室温下的拉曼谱峰相对于ZnS的拉曼谱峰出现蓝移,且347.67cm-1谱峰比较强;光致发光谱显示,Zn0.9Mg0.1S薄膜在410nm处有一个较强的发光峰.良好的结晶质量和发光特性为开发多功能材料和器件提供了可能性.     

Structural and optical properties of Mg‐doped ZnO thin films prepared by a modified Pechini method

ZnO thin films with different Mg doping contents (0%, 3%, 5%, 8%, 10%, respectively) were prepared on quartz glass substrates by a modified Pechini method. XRD patterns reveal that all the thin films possess a polycrystalline hexagonal wurtzite structure. The peak position of (002) plane for Mg‐doped ZnO thin films shifts toward higher angle due to the Mg doping. The crystallite size calculated by Debey‐Scherrer formula is in the range of 32.95–48.92 nm. The SEM images show that Mg‐doped ZnO thin films are composed of dense nanoparticles, and the thickness of Mg‐doped ZnO thin films with Mg doped at 8% is around 140 nm. The transmittance spectra indicate that Mg doping can increase the optical bandgap of ZnO thin films. The band gap is tailored from 3.36 eV to 3.66 eV by changing Mg doping concentration between 3% and 10%. The photoluminescence spectra show that the ultraviolet emission peak of Mg‐doped ZnO thin films shifts toward lower wavelength as Mg doping content increases from 3% to 8%. The green emission peak of Mg‐doped ZnO thin films with Mg doping contents were 3%, 8%, and 10% is attributed to the oxygen vacancies or donor‐acceptor pair. These results prove that Mg‐doped ZnO thin films based on a modified Pechini method have the potential applications in the optoelectronic devices.     

射频磁控溅射法制备Zn1-xMgxO薄膜及其性能的研究

本文通过在ZnO靶材上放置高纯Mg片,运用射频磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.16,0.18,0.24)薄膜.用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见-分光光度计等研究了Zn1-xMgxO薄膜的组织结构和性能.结果表明:Zn1-xMgxO薄膜呈ZnO的纤锌矿结构,在ZnO晶格中Mg2+有效地替代了Zn2+.样品表面比较平整,颗粒均匀致密,薄膜质量较高,且在可见光范围内光透过率均为90;左右,具有极好的透光性;此外,随着Mg掺入量的增多,Zn1-xMgxO薄膜的吸收边出现蓝移现象,实现了对禁带宽度的调节.     

溶胶-凝胶法制备高Mg含量Zn1-x MgxO薄膜

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基板上制备了ZB1-xMgxO薄膜,研究退火温度对高Mg含量Zn0.5Mg0.5O薄膜的相组成、相偏析及紫外-可见透过光谱中吸收边移动的影响,当退火温度≤500℃时,Zn0.5Mg0.5O薄膜未发生相偏析现象,且400℃退火处理制备的Zn0.5Mg0.5O薄膜的紫外-可见透过光谱中吸收边蓝移最大.因此,对于高Mg含量Zn0.5Mg0.5O薄膜,退火温度是影响Mg2+在ZnO中固溶度的关键因素,且400℃是其理想的退火温度.在此条件下研究了不同Mg含量对Zn1-xMgO(x=0～0.8)薄膜带隙调节的影响,随着Mg含量的增加,其紫外-可见透过光谱中紫外光区吸收边呈现规律性蓝移,光学带隙值Eg从纯ZnO的3.3 eV调节至4.2 eV.     

低掺磷对Yb:YVO4晶体性能影响的研究

采用提拉法生长出Yb:YPxV1-xO4(X=0.02,0.06,0.10)晶体。XRD测试表明晶体保持了四方锆石型结构,晶胞参数随着x的增大逐渐减小。ICP发射光谱分析显示P5 的分凝系数为1,Yb3 的分凝系数随着x的增大逐渐减小。吸收系数和吸收截面随着P含量的加大出现先增大后减小的变化。晶体的拉曼光谱表现出双声子过程的特征,随x的增加拉曼频移峰向高频率方向移动,线宽随之增宽。     

高掺锌/镁铌酸锂薄膜的光电性质

室温下采用射频磁控溅射(RFMS)技术在玻璃与硅基板上分别沉积了纯铌酸锂LN薄膜、高掺锌(6%,摩尔分数,下同)LN∶ZnO薄膜和高掺镁(5%)LN∶MgO薄膜,并在575 ℃条件下退火进一步提高薄膜的结晶度。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收(UV-Vis)和椭偏仪等测试研究了三种铌酸锂薄膜的形貌、结构和光学性质。XRD分析表明掺杂铌酸锂薄膜和纯铌酸锂薄膜具有相同的生长取向,AFM、XRD、UV-Vis测试结果表明,掺杂将增大铌酸锂薄膜的晶粒尺寸,光学带隙的红移现象与晶粒尺寸相关,且掺Mg的影响大于掺Zn。此外利用霍尔效应测试仪研究了LN、LN∶ZnO和LN∶MgO薄膜的电学性质,测试结果表明三种薄膜均为n型半导体,其中LN∶MgO薄膜电导率的变化趋势不同于LN∶ZnO和LN薄膜,且发现温度在18~50 ℃范围内,随着温度的升高,LN∶MgO薄膜的电导率变化微小,而LN∶ZnO和LN薄膜的电导率逐渐增大。     

Compensation effect of Mg-doped a- and c-plane GaN films grown by metalorganic vapor phase epitaxy

The electrical and optical properties of Mg-doped a- and c-plane GaN films grown by metalorganic vapor phase epitaxy were systematically investigated. The photoluminescence spectra of Mg-doped a- and c-plane GaN films exhibit strong emissions related to deep donors when Mg doping concentrations are above 1×10²⁰ cm⁻³ and 5×10¹⁹ cm⁻³, respectively. The electrical properties also indicate the existence of compensating donors because the hole concentration decreases at such high Mg doping concentrations. In addition, we estimated the N_D/N_A compensation ratio of a- and c-plane GaN by variable-temperature Hall effect measurement. The obtained results indicate that the compensation effect of the Mg-doped a-plane GaN films is lower than that of the Mg-doped c-plane GaN films.     

溶胶-凝胶自燃烧法制备Ba(NiMg)0.2AlxFe11.4-xO19的结构与磁性能

以柠檬酸为络合剂,利用溶胶-凝胶自燃烧法制备了Ni、Mg、Al掺杂的M型钡铁氧体粉体(Ba(NiMg)0.2AlxFe11.4-xO19,x=0~0.4),利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、综合物性测量系统等对样品结构与室温磁性能进行研究.结果表明,样品的物相组成与Al掺杂量有密切关系,当Al掺杂量x超过0.2时,产物中出现杂相α-Fe2O3,且杂相α-Fe2O3的含量随x值的增大而增加.在10kOe的外加磁场下,样品的饱和磁化强度(Ms)随x值的增大而降低,矫顽力(Hc)则随x值的增大先增大后减小,当x=0.2时,矫顽力达到最大值5644Oe,对应的饱和磁化强度为46emu/g.