Fe,Co共掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究

采用溶胶凝胶法在玻璃衬底上制备了Fe,Co共掺Zn0.9FexCo0.1-xO(x=0,0.03,0.05,0.07)系列薄膜.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和光致发光(PL)谱对薄膜样品的表面形貌、晶体结构、成分和光学性能进行了研究.XRD结果表明所有ZnO薄膜样品都呈六方纤锌矿结构,在样品中没有观察到与Fe和Co相关的团簇,氧化物及其他杂相的衍射峰,表明共掺杂改善了Fe或Co在ZnO的分散性.XPS测试结果揭示样品中Co离子的价态为+2价;Fe离子的价态为+2价和+3价共存,但Fe相对浓度的增大导致Fe3+含量增加.所有样品的室温光致发光谱(PL)均观察到紫外发光峰和蓝光双峰,其中Fe,Co共掺ZnO薄膜的紫外发光峰较本征ZnO出现蓝移,蓝光双峰峰位没有变化,但发光强度有所减弱;而掺杂ZnO薄膜的绿光发光峰几乎消失.最后,结合微结构和成分分析对薄膜样品的发光机理进行了讨论.     

Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co,Sn掺杂ZnO系列薄膜.通过金相显微镜和X射线衍射(XRD)研究了Co与Sn掺杂对薄膜的表面形貌和微结构的影响.XRD结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,特别Sn单掺ZnO薄膜的c轴择优取向最为显著,而且晶粒尺寸最大.XPS测试表明样品中Co和Sn的价态分别为2+和4+,证实Co²⁺,Sn⁴⁺进入了ZnO的晶格.室温光致发光谱(PL)显示在所有的样品中都有较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发 关键词： ZnO薄膜 溶胶-凝胶 掺杂 光致发光     

Fe掺杂对溶胶凝胶法制备的ZnO: Ni薄膜结构及发光特性的影响

采用溶胶凝胶法在玻璃基片上制备了ZnO及Ni, Fe共掺杂的Zn_0.95-xNi_0.05Fe_xO (x=0, 0.005, 0.01, 0.03, 0.05) 薄膜. 通过扫描电镜(SEM) 和X射线衍射(XRD) 研究了薄膜样品的表面形貌和晶体结构. 结果表明所有样品都具有(002) 择优取向, Fe掺杂导致ZnO: Ni薄膜的晶体质量变差, 晶粒尺寸减小, 但适当的Fe掺杂有利于获得致密、 均匀的薄膜. XPS测试结果表明样品中Ni离子的价态为+2价, Fe离子的价态为+2价和+3价.室温光致发光(PL) 测量表明, 所有样品均观察到较强的紫外发光峰, 蓝光双峰和绿光发光峰. ZnO: Ni薄膜的发光强度可以通过Fe掺杂进行有效调节. 进而我们讨论了Ni, Fe共掺杂ZnO样品的发光机理.     

Co与Cu掺杂ZnO薄膜的制备与光致发光研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co, Cu单掺杂及Co,Cu共掺杂ZnO薄膜.用金相显微镜观察了Co与Cu掺杂对ZnO薄膜形貌的影响.X射线衍射（XRD）研究揭示所有ZnO薄膜样品都存在（002）择优取向,在Cu单掺的ZnO薄膜中晶粒尺寸最大.对所有样品的室温光致发光测量都观察到较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发射,其中长波长的蓝光峰和绿光峰都能够通过掺杂进行控制.对不同掺杂源的ZnO薄膜发光性能进行了分析,认为蓝光峰来源于电子由导带底到锌空位能级的跃迁及锌填隙到价带顶的跃迁,绿光峰是由于掺杂造成的 关键词： ZnO薄膜 溶胶-凝胶 Co Cu掺杂 光致发光     

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.     

Al-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理,分析了Al-N共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算了Al-N复合体共掺ZnO的结合能,发现Al-N复合体可以在ZnO中稳定存在,因此Al-N共掺可以提高N在ZnO的固溶度。研究表明:N掺杂ZnO体系,由于N-2p和Zn-3d态电子轨道杂化作用,在费米能级附近引入深受主能级,价带顶和导带底发生位移,导致禁带宽带变窄。而Al-N共掺杂体系,适当控制Al和N的比例,克服了N单掺杂时受主间的相互排斥,降低了受主能级,对改善ZnO的p型掺杂有重要意义。在Al-N共掺ZnO中,Al的引入,导致共掺体系的禁带宽度减小,吸收带边红移,实验现象证实了这一结果。     

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：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。     

Mn掺杂ZnO薄膜的结构及光学性能研究

通过脉冲激光沉积(PLD)法在SiO₂基片上制备了不同含量的Mn掺杂ZnO薄膜.X射线衍射、X射线能谱、原子力显微镜与紫外-可见分光光度计测试结果表明：少量的Mn离子的掺杂并没有改变薄膜的结构，薄膜具有(103)面的择优取向；PLD法制备的ZnO薄膜的成分与靶材基本一致，实现了薄膜的同组分沉积；薄膜表面比较平坦，起伏度小于80nm，颗粒尺寸主要集中在25nm附近；但是Mn离子的掺杂改变了ZnO薄膜的禁带宽度，随Mn掺杂含量的增加，ZnO薄膜的禁带宽度增加；当薄膜中Mn含量从6%增加到 关键词： PLD ZnO薄膜 Mn掺杂 吸收谱     

ZnO薄膜的制备和发光特性的研究

用射频磁控溅射的方法在石英衬底上沉积了氧化锌薄膜，在室温下测量了样品的XRD曲线、吸收光谱以及光致发光光谱。探讨了气氛中氧气与氩气比对制备薄膜的影响，从XRD谱中可以看出，样品具有较好的结晶状态。另外，样品在紫外有较强的吸收，而其光致发光也是较强的紫外发射，这表明带间跃迁占了主导地位，以上结果说明：用溅射方法制备的ZnO薄膜结晶质量较好，富锌状态有所改善。     

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。     

磁约束电感耦合等离子体增强溅射沉积Co掺杂ZnO薄膜及其光学特性

采用磁约束电感耦合等离子体增强溅射法(ICP-PVD)在Si(100)和石英玻璃衬底上沉积了Zn_0.95Co_0.05O薄膜。XRD谱显示薄膜具有较强的(002)衍射峰,表明Zn_0.95Co_0.05O薄膜为c轴择优取向生长;透过光谱显示Zn_0.95Co_0.05O薄膜具有良好的透过性,其在可见光和红外波段的平均透过率大于80%,吸收光谱表明Co²⁺取代了Zn²⁺处于四配位晶体场中;喇曼光谱证明Zn_0.95Co_0.05O薄膜具有良好的六方纤锌矿结构;室温PL谱测量发现在可见光的蓝光波段和绿光波段存在较宽的发光带,却没有发现本征的近紫外光发射,这是由于Co掺杂后引入较多的缺陷导致的。     

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。     

脉冲激光沉积法在多孔铝衬底上生长的ZnO薄膜的结构与光学性质

ZnO是一种性质优良很有前途的紫外光电子器件材料,多孔铝是一种良好的模板型衬底,试图将二者结合起来以制备出一种全新的光电功能材料。制备了三种不同孔径多孔铝衬底,采用脉冲激光沉积法,在真空背景下,在多孔铝衬底上生长了氧化锌薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和光致荧光对样品进行了测试和分析。研究表明:利用不同孔径的多孔铝衬底生长的氧化锌薄膜的结构和光学性质差异很大。样品A的光致发光主要是394nm的紫外发射和498nm的蓝绿光发射;样品B的光致发光主要是417nm的紫光发射和466nm蓝光发射;样品C的光致发光主要是415nm的紫光发射和495nm的蓝绿光发射。由于薄膜是富锌的,随着在空气中氧化的进行,光谱发生变化。利用固体能带理论对光谱进行了全面的分析。     

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。     

射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和光学特性

采用射频（RF）反应磁控溅射法在n-Si(001)衬底上外延生长ZnO薄膜。XRD谱测量显示出较强的（002）衍射峰，表明ZnO薄膜为c轴择优取向生长的。室温PL谱测量观察到了较强的紫外光发射和深能级发射。     

LiGaO2衬底上ZnO外延膜的结构与光学特性

采用磁控溅射法在(001),(100)及(010)LiGaO2衬底上制备了ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透过光谱以及光致发光谱(PL)对薄膜的结构、形貌及光学性质进行了表征.结果表明LiGaO2衬底不同晶面上制备的ZnO薄膜具有不同的择优取向,在(001)、(100)及(010)LiGaO2上分别获得了[001]、[1100]及[1120]取向的ZnO薄膜;不同取向的ZnO薄膜表面形貌差异较大;薄膜在可见光波段具有较高的透过率;在ZnO薄膜的光致发光谱中只观察到了位于378 nm的紫外发射峰,而深能级发射几乎观察不到,(1100)取向的薄膜紫外发射峰强度最大,半高宽也最小,薄膜光致发光件质的差异丰要和晶粒尺寸有关.     

氧氩比对钴掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响

以氧化锌陶瓷靶和金属钴靶为靶材,利用磁控共溅射方法制备钴掺杂氧化锌(Co-ZnO)薄膜。研究了氧氩比对薄膜的结构、光学和电学性能的影响。结果表明:薄膜具有类似于ZnO的六方纤锌矿结构,并沿c轴择优生长;当氧氩比为2:8时,薄膜具有较好的纳米晶粒和表面结构,其霍尔迁移率为2.188×104cm2/V·s,最小电阻率为1.326×104Ω·cm,其薄膜透光率最高,且在紫外区有一个相对较强的发射峰。