纳米ZnO和ZnO-SiO2复合薄膜的光学性质研究

通过溶胶凝胶(sol-gel)法分别在玻璃衬底上制备了ZnO纳米薄膜和ZnO-SiO2纳米复合薄膜,并利用紫外.可见光分光光度计对薄膜的光学性能进行了分析.可见光一紫外透射谱显示,随着Zn0溶胶浓度从0.7 mol/L降低到0.006 mol/L,制备的ZnO薄膜从只出现一个380 nm(对应的光学禁带宽度为3.27 eV)左右的吸收边到在380和320nm(对应的光学禁带宽度为3.76 ev)左右各出现一个吸收边,并且随着ZnO溶胶浓度的降低,在380-320 nm波段内的透过率明显提高.而ZnO-SiO2复合薄膜只在310 nm左右出现一个吸收边.SiOO2的包覆宽化了ZnO的禁带宽度,包覆后的禁带宽度可达到3.87 ev.     

ZnO·TiO2双层复合薄膜的制备及其光学性能的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),分别以乙酸锌(Zn(CH₃COO)₂H₂O)、钛酸酊酯(Ti(OC₄H₉)₄)为锌源和钛源,在玻璃衬底以及硅衬底上制备了不同浓度的、均匀的、结晶质量良好的单层ZnO、TiO₂薄膜及双层的ZnO·TiO₂复合薄膜。结果表明,所制备的单层本征ZnO、TiO₂薄膜分别沿(002)、(101)晶面生长,且当本征ZnO、TiO₂的浓度分别为0.45 mol/L、0.65 mol/L时,择优取向生长最明显。ZnO·TiO₂复合薄膜的(101)、(004)特征峰明显,且0.45 mol/L/0.55 mol/L的双层ZnO·TiO₂复合薄膜结晶质量最好;薄膜表面最为平整,粒子分布均匀,粘连现象最少;对紫外光的吸收最强,禁带宽度为3.39 eV。     

溶胶-凝胶制备ZnO-SiO2复合膜的量子效应和上转换发光

采用溶胶-凝胶技术在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜和ZnO-SiO₂复合膜.原子力显微镜照片显示ZnO薄膜具有球状纳米晶粒;可见光-紫外透射光谱表明ZnO-SiO₂复合膜在可见光区的透过率大约是85%,透过率从330 nm开始下降,到290 nm附近降为零.由于量子效应,吸收边出现明显的蓝移.在室温下用不同波长的光激发ZnO-SiO₂复合膜,光致发光谱显示ZnO-SiO₂复合膜对应于激子发射的290 nm附近的紫外发光峰与透射谱所显示的吸收边位置一致,没有出现斯托克斯红移.同时,ZnO-SiO₂复合膜出现了双光子和三光子吸收现象和上转换发光现象. 关键词： 2')" href="#">ZnO-SiO₂ 量子效应 双光子和三光子吸收 上转换发光     

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。     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO₂薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了ZrO₂薄膜在200—1200nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现,溶胶凝胶ZrO₂薄膜具有高折射率(1.63—1.93,测试波长为632.8nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97—5.63eV) 等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2薄膜')" href="#">ZrO₂薄膜 热处理     

石英玻璃衬底上纤锌矿Mg0.25Zn0.75O薄膜的结构及光学性能

MgxZn1-xO材料是一种新型光电功能材料.采用溶胶凝胶法在石英玻璃上制备了Mg0.25Zn0.75O薄膜,理论结合实验研究了Mg0.25Zn0.75O薄膜的结构和光学性能.研究表明,石英玻璃衬底上Mg0.25Zn0.75O薄膜呈六方纤锌矿结构,薄膜均匀,平均粒径约为20 nm.吸收光谱表明吸收带边始于360 nm,相应的禁带宽度为3.83 eV.发光光谱包含三个发射峰,分别位于384.9 nm(3.23 eV),444.8 nm(2.79 eV)和533.6 nm(2.32 eV),激发光谱峰位于378 nm.由于Mg离子的间隙缺陷导致Mg0.25Zn0.75O薄膜晶格增大,禁带宽度变宽,紫外、蓝光和绿光发射分别红移59,14和12.6 nm.     

ZnO薄膜的反射、透射光谱及能带结构测量

采用正入射的方法研究了生长在硅基片上的氧化锌薄膜的反射光谱，测量出氧化锌薄膜的光学吸收边在370nm，所对应的能量值为3.35eV，测量生长在石英玻璃基片上的氧化锌薄膜的透射光谱，得到相同的吸收边，表明ZnO薄膜的光学禁带宽度与体材料的禁带宽度一致，反射谱中，在550－600nm之间观察到一个吸收峰，吸收峰的位置以及吸收边的陡峭程度都薄膜的结晶状况的不同而有所不同。     

溶胶-凝胶制备ZnO-SiO2复合膜的量子效应和上转换发光

采用溶胶-凝胶技术在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜和ZnO-SiO2复合膜.原子力显微镜照片显示ZnO薄膜具有球状纳米晶粒;可见光-紫外透射光谱表明ZnO-SiO2复合膜在可见光区的透过率大约是85%,透过率从330 nm开始下降,到290 nm附近降为零.由于量子效应,吸收边出现明显的蓝移.在室温下用不同波长的光激发ZnO-SiO2复合膜,光致发光谱显示ZnO-SiO2复合膜对应于激子发射的290 nm附近的紫外发光峰与透射谱所显示的吸收边位置一致,没有出现斯托克斯红移.同时,ZnO-SiO2复合膜出现了双光子和三光子吸收现象和上转换发光现象.     

掺铈氧化钛薄膜光吸收性能的研究

利用射频磁控溅射法制备出TiO2 薄膜及不同掺 Ce 比的 TiO2 薄膜.用紫外-可见分光光度计对薄膜的透过率做了测定,结果显示在一定掺杂范围内随着掺Ce 量的增加,薄膜的光学吸收边出现红移.计算发现通过CeO2 的掺杂,氧化钛薄膜禁带宽度 Eg 由 3.40 eV 减小至2.73 eV,从而使吸收边由366 nm 红移至455 nm 处,增强了对可见光的吸收,这与CeO2 在TiO2 导带与价带间引入杂质能级有关.     

厚度对未掺杂ZnO薄膜光谱性能的影响

X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱技术是薄膜材料检测的重要技术手段。通过对薄膜材料光谱性能的分析,可以获得薄膜材料的物相、晶体结构和透光性能等信息。为了解厚度对未掺杂ZnO薄膜的X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱性能的影响,利用溶胶-凝胶法在石英衬底上旋涂制备了不同厚度的未掺杂ZnO薄膜样品,并对薄膜样品进行了X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱的检测。首先,通过X射线衍射光谱检测发现,薄膜样品呈现出（002）晶面的衍射峰,ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,均沿着C轴择优取向生长,且随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,ZnO薄膜的晶粒尺寸随着膜厚的增加而长大。利用扫描电子显微镜对薄膜样品的表面形貌分析显示,薄膜表面致密均匀,具有纳米晶体的结构,其晶粒具有明显的六角形状。通过拉曼光谱检测发现,薄膜样品均出现了437 cm-1的拉曼峰,这是ZnO纤锌矿结构的特征峰,且随着薄膜厚度的增加,其特征拉曼峰强度也增加,进一步说明了随着ZnO薄膜厚度的增加,ZnO薄膜晶化得到了加强。最后,通过紫外可见透射光谱测试发现,随着膜厚的增加,薄膜的吸收边发生一定红移,薄膜样品在可见光区域内的透过率随着膜厚度增加而略有降低,但平均透过率都超过90%。通过对薄膜样品的紫外-可见透射光谱进一步分析,估算了薄膜样品的折射率,定量计算了薄膜样品的光学禁带宽度,计算结果表明：厚度的改变对薄膜样品的折射率影响不大,但其禁带宽度随着薄膜厚度的增加而变窄,且均大于未掺杂ZnO禁带宽度的理论值3.37 eV。进一步分析表明,ZnO薄膜厚度的变化与ZnO晶粒尺寸的变化呈正相关,本质上,吸收边或光学禁带宽度的变化是由于ZnO晶粒尺寸变化引起的。     

Structural and optical properties of ZnO thin films on (111) CaF2 substrates grown by magnetron sputtering

ZnO thin films were grown on (111) CaF₂ substrates by magnetron sputtering at room temperature. Structural and optical properties of the ZnO thin films were studied. XRD analysis showed that the ZnO thin films had the (002) preferential orientation. The transmittance of ZnO thin films was over 80% in the visible range. The optical band gap of the ZnO thin films was 3.26 eV. The optical constants (n,k)$(n,k)$ of the ZnO thin films in the wavelength range 300–1000 nm were obtained by infrared spectroscopic ellipsometry measurement. PL spectra of ZnO thin films showed strong UV near-band-edge emission peak at 376.5 nm and weak visible red emission at 643.49 nm using He–Cd laser as the light source, using a synchrotron radiation light source PL spectra showed three emission peak at 320 nm, 410 nm and 542 nm respectively.     

Ag掺杂p型ZnO薄膜及其光电性能研究

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源生长了Ag掺杂ZnO(ZnO：Ag)薄膜.研究了衬底温度对所得ZnO：Ag薄膜的晶体结构、电学和光学性质的影响规律.所得ZnO：Ag薄膜结构良好,在室温光致发光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰,透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性.霍尔效应测试表明,在500℃下获得了p型导电的ZnO：Ag薄膜,载流子浓度为5.30×10¹⁵cm关键词： ZnO：Ag薄膜 p型掺杂 超声喷雾热分解 霍尔效应     

Photoluminescence from ZnO-SiO2 opals with different sphere diameters and thicknesses

We systematically investigated the photoluminescence (PL) and transmittance characteristics of ZnO-SiO₂ opals with varied positions of the stop-band and film thicknesses. An improved ultraviolet (UV) luminescence was observed from ZnO-SiO₂ composites over pure ZnO nanocrystals under 325 nm He-Cd laser excitation at room temperature. The UV PL of ZnO nanocrystals in SiO₂ opals with stop-bands center of 410 nm is sensitive to the thickness of opal films, and the UV PL intensity increases with the film thickness increasing. The PL spectra of ZnO nanocrystals in SiO₂ opals with stop-bands center of 570 nm show a suppression of the weak visible band. The experimental results are discussed based on the scattering and/or absorbance in opal crystals.     

原位氧化Zn3N2制备p型ZnO薄膜的性能研究

采用射频反应溅射法在玻璃衬底上制备Zn₃N₂薄膜，然后向真空室中通入纯氧气进行热氧化制备ZnO薄膜.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测量、透射光谱和光致发光光谱等表征技术，研究了氧化温度和氧化时间对ZnO薄膜的结晶质量、电学性质和光学性能的影响.研究结果显示，450 ℃ 下氧化2 h后的样品中除含有ZnO外，还有Zn₃N₂成分，500 ℃下氧化2 h可以制备出电阻率为0.7 Ωcm，空穴载流子浓度为10^{关键词： p型ZnO薄膜 3N₂薄膜')" href="#">Zn₃N₂薄膜 射频溅射 原位氧化}     

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     

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 关键词： 2薄膜')" href="#">多孔TiO₂薄膜 阳极氧化 紫外光吸收     

Au/SiO2纳米多层薄膜的制备及其性质表征

利用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO₂纳米颗粒分散氧化物多层复合薄膜.研究了在保持Au单层颗粒膜沉积时间一定时薄膜厚度一定、变化SiO₂的沉积时间及SiO₂的沉积时间一定而改变薄膜厚度时，多层薄膜在薄膜厚度方向的微观结构对吸收光谱的影响.研究结果表明：具有纳米层状结构的Au/SiO₂多层薄膜在560 nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰，吸收峰的强度随Au颗粒的浓度增加而增强，在Au颗粒浓度相同的情况下，复合薄膜 关键词： 2纳米复合薄膜')" href="#">Au/SiO₂纳米复合薄膜 多靶磁控溅射 吸收光谱 有效介质理论     

Influence of buffer layer thickness on the structure and optical properties of ZnO thin films

A series of ZnO thin films were deposited on ZnO buffer layers by DC reactive magnetron sputtering. The buffer layer thickness determination of microstructure and optical properties of ZnO films was investigated by X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), optical transmittance and absorption measurements. XRD results revealed that the stress of ZnO thin films varied with the buffer layer thickness. With the increase of buffer layer thickness, the band gap edge shifted toward longer wavelength. The near-band-edge (NBE) emission intensity of ZnO films deposited on ZnO buffer layer also varied with the increase of thickness due to the spatial confinement increasing the Coulomb interaction between electrons and holes. The PL measurement showed that the optimum thickness of the ZnO buffer layer was around 12 nm.     

Superhydrophobic and transparent ZnO thin films synthesized by spray pyrolysis technique

Superhydrophobic and transparent zinc oxide (ZnO) thin films were deposited by a simple and cost effective spray pyrolysis technique (SPT) onto the glass substrates at 723 K from an aqueous zinc acetate precursor solution. The solution concentration was varied from 0.1 to 0.4 M and its effect on structural, morphological, wetting and optical properties of ZnO thin films was studied. The synthesized films were found to be polycrystalline, with preferential growth along c-axis. A slight improvement in the crystallite size and texture coefficient is observed as the concentration of the solution is increased. SEM micrographs show the uniform distribution of spherical grains of about 60-80 nm grain size. The films were specular and highly transparent with average transmittance of about 85%. The spectrum shows sharp absorption band edge at 381 nm, corresponding to optical gap of 3.25 eV. The samples of texture coefficient less than 90% and roughness less than 75 nm are hydrophobic and above these values they become superhydrophobic in nature. The hydrophobicity coupled with high transmittance is of great importance in commercial application such as transparent self-cleaning surfaces, anti-fog, anti-snow, fluid microchips and microreactors.