过渡金属掺杂ZnO的电子结构和光学性质

利用基于密度泛涵理论的超软赝势法(USPP)，结合局域密度近似(LDA)，对过渡族金属离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算，得到了它的平衡晶格常数、结合能、电子态密度分布、能带结构、介电函数、光学吸收系数等性质，详细讨论了掺杂后ZnO化合物的电子结构及成键情况，并结合实验结果定性分析了掺杂后光学性质的变化. 关键词： 氧化锌 掺杂 第一性原理 光学性质     

Sc掺杂ZnO的电子结构和光学性质的影响

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）平面波超软赝势方法,研究了Sc掺杂ZnO体系的晶体结构、电子结构和光学性质。在对Sc掺杂结构优化的基础上对其进行了数值模拟计算,结果表明：随着Sc原子的掺入,体系的晶格常数稍微变大,键长变长,体积变大,系统总能增大,费米能级进入导带,体系逐渐呈金属性,带隙变宽且随着掺杂浓度增大而增大。另一方面,掺杂后ZnO的光学性质也发生了一定变化,ZnO吸收谱中出现了新的吸收峰,吸收边蓝移,同时介电函数虚部也出现了新的波峰。     

Sc掺杂ZnO的电子结构和光学性质的影响

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法,研究了Sc掺杂ZnO体系的晶体结构、电子结构和光学性质.在对sc掺杂结构优化的基础上对其进行了数值模拟计算,结果表明:随着Sc原子的掺入,体系的晶格常数稍微变大,键长变长,体积变大,系统总能增大,费米能级进入导带,体系逐渐呈金属性,带隙变宽且随着掺杂浓度...     

Fe和Ni共掺杂ZnO的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理研究Fe,Ni单掺杂和(Fe,Ni)共掺杂纤锌矿型ZnO的能带结构、电子态密度分布、介电函数、光学吸收系数,分析了掺杂后电子结构与光学性质的变化.计算结果表明：掺杂体系的费米能级附近电子态密度主要来源于Fe 3d,Ni 3d态电子的贡献;与纯净ZnO相比,Fe,Ni单掺杂和(Fe,Ni)共掺杂ZnO的介电函数虚部均在0.46eV左右出现了一个新峰;Fe,Ni单掺杂和共掺杂ZnO的吸收光谱均发生明显的红移,并都在1.3eV处出现较强吸收峰.结合他人的计算和实验结果,给出了定性的讨 关键词： 氧化锌 掺杂 第一性原理 光学性质     

ZnO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射方法在玻璃基底上成功地淀积ｃ轴取向性好的ＺｎＯ薄膜。经过优化计算，获得并分析了不同氧分压下制备的ＺｎＯ薄膜的折射率ｎ和消光系数ｋ的数值；同时得到了吸收光学带隙Ｅｏｐｔ，用能带模型解释了Ｅｏｐｔ的变化规律。     

离子注入及后退火方法制备SiO2基质中镶嵌ZnO纳米粒子的结构和光学性质

利用离子注入及后退火方法在光学纯的石英基片中注入3×1017cm-2剂量的Zn离子,然后在不同的退火条件下制备了高质量的镶嵌在SiO2基质中的ZnO纳米粒子.X射线衍射光谱的实验结果表明在氧气气氛、700℃退火温度和2小时退火时间条件下,得到了(002)择优取向镶嵌在SiO2基质中的ZnO纳米粒子;而在700℃退火温度、N2和O2气氛下顺次退火1小时,得到了比上述条件(002)择优取向更好的ZnO纳米粒子.室温下对用上述两种条件制备的镶嵌在SiO2基质中的ZnO纳米粒子观察到了自由激子吸收峰.室温光致发光谱中观察到了ZnO纳米粒子位于3.29eV处的强紫外发射,紫外发射强度与深能级发光强度之比为40,紫外发射峰的半高宽为96meV,晶体质量类似于分子束外延方法生长的ZnO.在低温(77K)光致发光谱中,较强的自由激子的紫外发光峰仍然存在.     

花状的氧化锌纳米结构的制备及其光学性能

以氢氧化钠和六水合硝酸锌为反应物,在未使用任何表面活性剂的简单反应体系中制得了玫瑰花状ZnO纳米结构,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和室温荧光光谱对产物的晶体结构、形貌和发光性质进行了表征和分析.测试结果表明,所得产物为六方纤锌矿结构ZnO纳米材料,产物结晶完整,尺寸较均匀.这种简单水热法制备的ZnO纳米材料仅在384nm处具有一个较强的紫外发光峰,而在黄绿区几乎没有发光峰,进一步证明了所得样品结晶良好,没有缺陷和空位.以上结果表明所制备的氧化锌纳米材料具有优异的紫外光发射能力.     

InP/SiO_2纳米复合膜的微观结构和光学性质

应用射频磁控共溅射方法在石英玻璃和抛光硅片上制备了InP SiO2 复合薄膜 ,并在几种条件下对这些薄膜进行退火 .X射线光电子能谱和卢瑟福背散射实验结果表明 ,复合薄膜中InP和SiO2 的化学组分都大体上符合化学计量配比 .X射线衍射和激光喇曼谱实验结果都证实了复合薄膜中形成了InP纳米晶粒 .磷气氛保护下的高温(5 2 0℃ )退火可以消除复合薄膜中残存的In和In2 O3 并得到了纯InP SiO2 纳米复合薄膜 .实验观察到了室温下纳米复合薄膜的明显的光学吸收边蓝移现象和光学非线性的极大增强     

碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同;碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化. 关键词： ZnO 碳掺杂 电子结构 光学性质     

W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO, W单掺杂ZnO, Cu单掺杂ZnO,以及W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂属于n型掺杂, Cu掺杂属于p型掺杂,单掺杂均可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性. W-Cu共掺杂时ZnO进入简并状态,呈现金属性质.三种掺杂ZnO的吸收光谱均发生红移,其中W-Cu共掺杂时, ZnO对太阳光谱的吸收效果最好.     

六角锥状ZnO纳米结构的生长机理、结构及光学性能(英文)

利用醋酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]和六次甲基四胺(C6H12N4)以一定比例配置成反应溶液,通过水热合成法制备了六角锥状ZnO纳米结构。同时,使用了扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射和选区电子衍射(SAED),对样品的形貌与结构进行了分析。结果表明,样品形貌成六角锥状结构,并且在[002]方向择优生长。通过对样品的光学性能测试,由PL光谱分析可知,样品在379nm处有一个较强的紫外发光峰,并且在可见光区域产生了一些较弱的可见光发射峰,表明制备的六角锥状ZnO纳米结构的晶体质量不是很好。除此之外,对六角锥状ZnO的生长机理也进行了讨论。     

掺锰氧化锌的结构和光学特性

采用直流反应磁控溅射的方法,在玻璃衬底上沉积了Zn0.93Mn0.07O薄膜,研究了氧分压对薄膜结构和光学特性的影响。X射线衍射测试结果显示,Zn0.93Mn0.07O薄膜都具有高度的c轴择优取向,在氧分压为0.4的时候,薄膜的衍射峰具有最小的半峰全宽,最大的晶粒尺寸。X射线光电子能谱测试结果表明:Mn2 离子已经取代了氧化锌晶格中的部分Zn2 ,但还掺杂有少量的MnO2分子;处在1 021 eV的Zn 2p3/2能级只有单一的Zn2 ;而O2 -则来自Zn-O和Mn-O。由于伯斯坦-莫斯效应,Zn0.93Mn0.07O薄膜光吸收跃迁过程只能在价带态和费密能级附近及以上的导带空态之间发生,其吸收谱线显示,与纯ZnO薄膜吸收谱线相比,产生了蓝移现象。同时还伴随有导带尾跃迁的发生,研究表明,这是由3d5多重能级的d-d跃迁而引起的。经过计算,在氧分压为0.4的时,Zn0.93Mn0.07O薄膜的禁带宽度是最大的,这可能是由交换作用的减弱而引起的。     

溶剂热法制备铜锌锡硫粉末及光学性能研究

以金属氯化物作为金属源,硫脲为硫源,乙二醇为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用溶剂热法在较低反应温度下合成了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉末。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品的结构和形貌进行表征。利用紫外-可见光谱(UV-Vis)对样品的光学性能进行研究。结果表明,180℃反应25小时的样品均为锌黄锡矿CZTS颗粒,颗粒形貌为表面花状的微球。当体系中PVP含量为0.2g时,微球尺寸约为2.5μm。当体系中PVP含量为0.3g,0.4g,0.5g时,微球尺寸大约为1.1μm。其中,PVP含量为0.4g的样品分散性较好,在可见区有明显的吸收,用外延法得到其禁带宽度约为1.45eV,与太阳能电池所需的最佳禁带宽度接近。     

水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒及其光学性能

采用水热法在石英衬底上以Zn(CH3COO)2.2H2O和Co(NO3)2.6H2O水溶液为源溶液,以C6H12N4(HMT)溶液作为催化剂,在较低温度下制备了Co掺杂的ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所生长ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,考察了Co掺杂对ZnO纳米棒微观结构和对发光性能影响的机制。结果表明:Co掺杂的ZnO纳米棒呈六方纤锌矿结构,具有沿(002)面择优生长特性,Co掺杂使ZnO纳米棒的直径变细;同时室温光致发光(PL)谱检测显示Co掺杂ZnO纳米棒具有很强的近带边紫外发光峰,而与深能级相关的缺陷发光峰则很弱。本研究采用水热法在石英衬底上于较低温度下生长出了具有较高光学质量的Co掺杂ZnO纳米棒。     

简单溶液法制备氧化锌纳米棒及光学性质

以水合醋酸锌(ZnAc₂·2H₂O)和水合肼(N₂H₄·H₂O)为反应物,在未使用任何表面活性剂的简单反应体系中制得了ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和室温荧光光谱对产物的晶体结构、形貌和发光性质进行了表征和分析。测试结果表明,所得产物为六方纤锌矿结构ZnO纳米棒,平均直径为120 nm,产物结晶完整,尺寸均匀。这种简单溶液法制备的ZnO纳米棒在386 nm处具有一个尖锐的紫外发光峰,发射光谱的半峰全宽仅为18 nm,在可见光区有一个较弱的宽频发光带。在该反应体系中通过调控混合溶剂的配比,不使用任何表面活性剂的条件下,为ZnO一维纳米棒的形核和生长提供了微型反应空间。     

花状ZnO纳米结构的液相合成和光学性能

在常压下,以ZnCl2和NaOH为原料,不添加任何表面活性剂等有机物质,研究了用60℃恒温搅拌的湿化学法制备花状纳米ZnO。XRD、SEM和TEM分析结果表明:所得纳米ZnO是由平均直径约为80nm左右的纳米棒组成的花状结构,其平均长度可达1μm;利用紫外-可见分光光度计测试了光吸收性能,发现ZnO产物对300～380nm波长范围的光有强的吸收性;室温光致发光光谱显示:产物在462nm和620nm处分别出现了蓝光发射和较强较宽的红光发射。     

GaN衬底的腐蚀程度对ZnO纳米棒阵列光学性能的调控

研究了在湿法腐蚀Ga N衬底上生长的Zn O纳米棒阵列的微结构和光学性能。相比于未经腐蚀及腐蚀5 min、10 min的Ga N上生长的Zn O纳米棒阵列,在腐蚀8 min的Ga N上生长的Zn O纳米棒阵列最细密,光学性能最好,其相应PL光谱峰强积分比IUV/Ivis最大(70.92)。因为此时Ga N衬底中的位错基本全部在表面露头,Zn O容易附着而形成更多的形核种子,并且衬底的位错在表面的边缘有助于诱导Zn O晶体的外延生长,所以Zn O棒更加细密,晶体质量更高,从而光学性能更好。     

以硅为衬底的ZnO p-n结的制备及其结构、光学和电学特性

分别在n型半绝缘Si、弱n (n )以及强n (n+ )型Si片 (1 0 0 )面上用射频磁控反应溅射法和直流磁控反应溅射法制备了p型ZnO薄膜以及ZnO同质p n结。其中在生长p型ZnO时 ,反应室中通以过量的氧。对上述p型和n型ZnO薄膜进行了X射线衍射测量 ,在 34.1°附近得到了 0 .3°左右半峰全宽的ZnO(0 0 2 )衍射峰。ZnO薄膜的原子力显微镜图像上可见六角型的自组装结构。阴极射线荧光的测量显示了位于 390nm的紫外特征峰。用I V特性仪测量了上述ZnOp n结原型器件的I V电学输运曲线 ,其正向显示了约为 1 .1V的阈值 ,与日美科研人员用直流溅射和扩散法制备的ZnOp n结相似 ,但反向特性明显优于他们的     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。