ZnO：Er薄膜的结构和发光特性研究

本文研究了用电子束分蒸技术制备的ZnO:Er薄膜的结构和发光特性。X射线衍射（XRD）谱表明,六角晶体结构的ZnO:Er薄膜具有强的择优c轴取向（002）。在室温下,用阴极射线激发样品,观测到强的蓝光（455nm）发射。本文认为,蓝光发射是ZnO:Er薄膜中铒离子（Er^3 )的激发态^4F5/2到基态^4I15/2的辐射跃迁。研究薄膜的阴极射线发光强度与电子束流的关系时发现,蓝光发射强度强烈地依赖于电子束流的大小。此外,超过阈值电子束流0.6μA,蓝光发射强度首先迅速增加,然后缓慢地增加,趋于饱和,根据瓶颈效应和稀土发光理论很好地解释了这一实验结果。     

退火处理对ZnO薄膜发光特性的影响

用脉冲激光沉积法(PLD)在MgO(100)、α-Al2O3(0001)和MgAl2O4(111)衬底上沉积了ZnO薄膜,测量了它们的发射光谱,观察到430nm的蓝光发射,并研究了退火、衬底和激发波长对ZnO薄膜这一蓝光发射的影响.指出ZnO薄膜中430nm的蓝光发射是由锌填隙原子缺陷能级到价带顶能级间的跃迁以及电子从氧空位浅施主能级到价带顶能级间的跃迁两种机理共同作用的结果.在MgO衬底上沉积的ZnO薄膜在350nm光激发下蓝光发射峰最强.     

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.     

热退火对电子束蒸镀方法制备的ZnO:Al薄膜光电性质的影响

采用电子束蒸镀方法在Si(100)衬底上沉积了ZnO:Al(ZAO)薄膜.在氧气气氛下对ZnO:Al薄膜进行了退火处理,退火温度的范围为400～800℃.X射线衍射(XRD)图样表明所制备的ZnO:Al薄膜具有六方结构,为c轴(002)择优取向的多晶薄膜.用Van der Pauw法测量了ZAO薄膜的电学特性,结果显示其电导率在500℃达到最大值.测量了ZAO薄膜的室温微区光致发光和变温发光光谱,观测到了ZnO自由激子、束缚在中性施主中心(D0)上的束缚激子以及束缚在离化施主中心(D+0)上的束缚激子发射.     

Cu掺杂ZnO薄膜的制备及其光谱特性

采用溶胶-凝胶法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃基底上制备了不同掺杂浓度的Cu∶ ZnO薄膜.采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了薄膜样品的晶相结构和形貌,用荧光光谱仪测量了薄膜样品的光致发光谱.结果表明:Cu∶ ZnO薄膜均为六角纤锌矿结构,呈c轴择优取向,且因压应力的存在使其晶格常数略小于未掺杂薄膜样品的晶格常数;低温和高温退火处理的薄膜样品的光致发光谱(PL)中分别观察到414 nm、438 nm的蓝光双发射峰和510 nm左右的绿光发射峰.蓝光发射峰与样品中的Vzn和Zni有关,而绿光发射峰与样品中的Vo -Zni有关.     

退火温度对6H-SiC衬底上ZnO薄膜发光性质的影响

采用溶胶-凝胶方法,在6H-SiC衬底上制备ZnO薄膜.X射线衍射结果表明薄膜是c轴取向的,具有六方纤锌矿多晶结构.研究了退火温度对ZnO薄膜发光特性的影响.发现在650℃退火温度下,观察到近带边紫外发射和可见光发射并且紫外发光强度大于可见光发射.随着退火温度的提高,紫外峰强度减弱直至消失,而绿光发射强度先增加而后降低.对退火温度引起ZnO薄膜发光性质改变的机制进行了探讨.     

980nm红外激发下氟氧化物中Er3+的上转换可见发光

制备了掺杂Er3+的氟氧化物(10ZrF4-10PbF2-10NaF-5Na2O-60SiO2)材料,测量了样品的吸收谱、上转换荧光发射谱和上转换发光强度与激光泵浦功率的对数关系.分析了Er3+的上转换可见发光机制,证实了在980nmLD的激发下,Er3+在402nm、449nm蓝光波段和520nm、551nm绿光波段的上转换荧光发射来自于4f电子的2H9/2、4F5/2、4S3/2、2H11/2激发态到基态4I15/2的跃迁,给出了2H9/2→4I15/2、4F5/2→4I15/2蓝光三光子激发态吸收(ESA)和4S3/2→4I15/2、2H11/2→4I15/2绿光双光子激发态吸收(ESA)的上转换发光机制.     

PSN-PMN-PT∶Er3+晶体Judd-Ofelt理论分析

为了探索Er3+在铁电晶体场中的发光特性,采用高温溶液法生长了Er3+掺杂Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3弛豫铁电单晶.该晶体在紫外-可见-近红外吸收光谱380～1800 nm波段出现了7个吸收峰;在980 nm泵浦光源照射下,该晶体的发射光谱出现了强绿光和强红光上转换发射带,分别对应于Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁;利用Judd-Ofelt理论计算了晶体的振子强度三参数(Ω2＝2.54×10-20 cm2,Ω4＝1.36×10-20 cm2,Ω6 ＝2.38× 10-20 cm2)以及Er3+在PSN-PMN-PT晶体场中的跃迁几率、能级寿命和荧光分支比.研究结果表明 PSN-PMN-PT∶Er3+弛豫铁电晶体是一种新型发光晶体.     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

纳米薄膜材料的蓝光发射特性及其研究进展

蓝光发射是纳米半导体材料发光特性的一个重要研究方向.本文首先简要介绍了蓝光发射的物理机制,接着重点评述了几种主要纳米薄膜材料,如ZnO、GaN、CdS和Si纳米结构等,近3～5年内在蓝发光射特性方面所取得的最新研究进展.最后,对存在问题和发展前景进行了讨论与展望.     

Fe、Ni共掺杂ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上旋涂生长了ZnO、Fe, Ni单掺杂及(Fe,Ni)共掺杂ZnO薄膜.产物的显微照片及XRD图谱结果表明, 该方法所制备的ZnO薄膜表面均匀致密,都存在(002)择优取向,具有六角纤锌矿结构,晶粒尺寸平均在13 nm 左右,振动样品磁强计(VSM)测试结果显示掺杂ZnO薄膜均存在室温铁磁性.光致发光(PL)测量表明所有样品薄膜的PL谱主要由较强的紫外发光峰(394 nm)、蓝光峰(420 nm)、绿光峰(480 nm)组成.Fe、Ni单掺杂和共掺杂并不改变ZnO薄膜的发光峰位置,但掺杂后该紫外发光峰减弱,420 nm处的蓝光峰增强.     

MOCVD法在(220)CaF2衬底上生长ZnO薄膜及其性能研究

采用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在(220)CaF2衬底上外延生长ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱和光致发光谱(PL)对ZnO薄膜的结构和光学性能进行了分析.XRD结果表明,所制备的ZnO薄膜结晶性能良好,具有高度的(002)的择优取向,002衍射峰的半高宽(FMHM)为0.115°.所制备的ZnO薄膜透明,透过率超过85;.在常温的(He-Cd激光器)PL谱中,只有378.5 nm的带边发射.用同步辐射光源测试的真空紫外光谱中,在低温20K时,出现218 nm、368 nm、418 nm、554 nm发光峰,其中368 nm峰强度随着温度的升高强度逐渐下降,到常温时几乎消失.     

Al2O3衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在Al2O3(0001)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明在不同温度下生长的ZnO薄膜均具有高度c轴择优取向,衬底温度400℃时,膜的应力较小质量较高.ZnO薄膜有很强的紫外发光峰,紫外发光峰的强度与衬底温度密切相关,并发现当衬底温度从300℃增到400℃时,紫外发射峰出现6nm的蓝移.     

薄膜厚度对ZnO:Y薄膜结构及光电特性影响

室温下采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的新型ZnO∶Y(ZnO掺杂Y2O3,简称ZnO∶Y)透明导电薄膜。研究了薄膜厚度对ZnO∶Y薄膜结构、光电特性的影响。结果表明:不同厚度的ZnO∶Y薄膜均为多晶薄膜,具有ZnO六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向。随薄膜厚度增加,其电阻率减小,当薄膜厚度增至800 nm时,其电阻率为8.36×10-4Ω.cm,迁移率为15.3 cm2.V-1.s-1,载流子浓度为4.88×1020cm-3。不同厚度的薄膜在可见光范围内平均透过率均为90%以上,当薄膜厚度从200 nm增加到800 nm时,薄膜禁带宽度从3.68 eV减小到3.61 eV。     

溶胶-凝胶法制备纳米ZnO薄膜的结构和光学性质

采用溶胶-凝胶方法制备纳米ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明，薄膜具有六角纤锌矿多晶结构，且随水解时间的增加，粒子尺寸逐渐增大。室温下，观察到近带边紫外发射和较强的可见区(2．45eV)发射。红外吸收光谱研究表明ZnO薄膜表面存在单齿、双齿和桥状结构的醋酸锌副产物，阐述了不同结构醋酸锌副产物对ZnO薄膜可见区发光性质的影响。     

退火温度对Li:ZnO薄膜紫外发射性能影响

利用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备不同退火温度的Li∶ZnO薄膜。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和光致发光(PL)谱研究样品结晶质量、成分、表面形貌和发光特性。结果表明:所有样品均高度c轴择优取向生长;随退火温度升高,样品结晶性变好,紫外发射增强。LiOH在退火温度超过700℃分解,使Li、H进入到ZnO晶格,在ZnO薄膜中形成LiZn-H复合缺陷,这种复合缺陷使H被困在ZnO薄膜中,形成H施主,显著提高ZnO薄膜紫外发光强度,抑制ZnO薄膜绿光发射。     

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.     

纳米Ag颗粒掺杂方式对NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光材料发光性能的影响

利用水热法制备了Yb3+,Er3+共掺杂NaYF4上转换发光材料.在实验中引入Ag纳米溶胶,研究了Ag纳米颗粒对NaYF4∶ Yb3+/Er3上转换发光材料结构、形貌和光学性质的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对样品的结构、形貌和光学性能进行了研究.结果表明,生成NaYF4∶ Yb3 +/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒可使NaYF4∶ Yb3+/Er3+粉末的衍射峰强度增强;生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应后加入Ag纳米颗粒会使六方相样品部分转变成立方相.生成NaYF4:Yb3+/Er3+发光材料前引入Ag纳米溶胶可以大大提升晶体的结晶质量;生成NaYF4∶Yb3+ /Er3+发光材料后引入Ag纳米溶胶,原有六棱柱直径变小,产物有新的球状晶体生成.生成NaYF4∶Yb3+/Er3+反应前加入Ag纳米颗粒,可使NaYF4∶ Yb3+/Er3+上转换材料的发光强度显著增强,与未掺杂Ag纳米颗粒相比发光强度增加约36;.     

退火对Si(111)衬底上ZnO薄膜的结构和发光特性的影响

采用磁控溅射法在硅(111)衬底上制备了C轴高度取向的ZnO薄膜,并研究了退火温度和氧气气氛对ZnO薄膜晶体质量、晶粒度大小和光致发光谱的影响.X射线衍射表明,所有薄膜均为高度C轴择优取向,当退火温度低于900℃时,随着退火温度的升高,薄膜的取向性和结晶度都明显提高.室温下对ZnO薄膜进行了光谱分析,退火后的样品均可观测到明显的紫光发射.在一定的退火温度范围内,还可以观测到明显的紫外双峰.空气中退火的样品,当退火温度达到或高于600℃还可观测到绿光发射.实验结果表明,发光峰强度随退火温度和氧气气氛不同而不同,通过改变退火时的温度和氧气气氛可以改变ZnO薄膜的微结构和发光性质.     

Gd2O2S∶Yb3+,Er3+纳米粉体的水热-还原法制备及其上转换发光性能研究

以Gd2 O3,Yb2 O3,Er2 O3,HNO3,CO(NH2)2和C12H25SO4Na为实验原料,通过水热-还原法制备了yb3+和Er3+共掺杂的Gd2O2S∶ Yb3+,Er3+纳米粉体.通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)和上转换发射光谱(UPL)分析手段对合成产物的结构、形貌和上转换发光性能进行了表征.结果表明,Gd3+∶ CO(NH2)2∶ SO2-=2∶ 1∶x的摩尔比对合成产物的结构有显著的影响,当x=1.0时合成的前驱体在90; Ar+ 10; H2混合气氛下800℃煅烧2h可获得单相Gd2 O2S纳米粉体,该Gd2 O2S粉体颗粒呈现近球形,平均颗粒尺寸约30 nm,具有一定的团聚特征.上转换发射光谱表明在980 nm红外光激发下,Gd2 O2S∶Yb3+,Er3+纳米粉体的上转换光谱图的主次发射峰分别位于671 nm和548 nm,归属于Er3+的4 F9/2 →4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁.Er3+的猝灭浓度为5;,Gd2 O2S∶Yb3+,Er3+的发光机制为双光子模型.