微纳跨尺度ZnO结构的紫外发射机理研究

利用气相输运的方法在Si(100)衬底上生长了ZnO的微纳跨尺度结构.扫描电镜照片可以明显地看到样品表面为椎顶六角微米柱-纳米棒的复合结构.样品在室温下的光致发光谱出现了很强的紫外发射峰,没有观察到与杂质或缺陷相关的深能级发射,表明样品有很好的光学质量.通过详细的研究样品的紫外发射谱与温度(83—307K)的依赖关系,发现在室温下样品的近带边发射包含两个部分,分别与自由激子发射和自由载流子到施主(受主)的跃迁(FB跃迁)相关,这个施主(受主)束缚态的离化能为124.6meV. 关键词： ZnO微纳跨尺度结构 光致发光谱 自由载流子到施主(受主)的跃迁 自由激子发射     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其光致发光性质

利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备了ZnO薄膜,通过测量样品的透射谱、X射线衍射谱、扫描电子显微镜(SEM)图像和光致发光谱研究了其结构特征和发光性质.结果表明:在衍射角2θ=34.32°处出现了对应(002)晶面的强衍射峰,ZnO膜呈多晶状态,具有六角纤矿晶体结构和良好的C轴择优取向,薄膜中颗粒的平均粒径为56nm;光致发光呈多发光峰状,有中心波长为378nm的紫带,520nm绿带,446nm附近的蓝带以及发现未见报道过的绿带以后中心波长为586nm和570nm两个弱发射峰.实验结果表明,制备的ZnO薄膜具有发光特性,但内部与深能级发射相关的结构缺陷浓度还是较高,样品中两个低能量光致发光应来源于晶粒间界的缺陷能级,多缺陷能级导致了多发射峰的光致发光谱.     

ZnO：Sb薄膜的光致发光及拉曼特性研究

利用射频磁控溅射法（MS．RF）在玻璃基片上制备了不同掺杂浓度的ZnO：Sb薄膜．借助X射线衍射仪（XRD）、透射光谱、光致发光谱（PL）和拉曼散射光谱（Raman）等手段研究了Sb掺杂浓度对ZnO薄膜的微结构、光致发光和拉曼特性的影响．结果表明：所有样品均呈现ZnO六角纤锌矿结构且具有高度C轴择优取向;在Sb掺杂ZnO薄膜的拉曼光谱中观察到位于532cm^-1的振动模式,结合XRD分析认为此峰归因于Sb替代Zn位且与0成键的局域振动模式（LVMSb--O）;光致发光谱测试发现,仅在ZnO：Sb薄膜中观察到位于3．11eV附近的紫光发射峰,结合拉曼光谱分析认为此峰与XbZn-O复合体缺陷相关．     

In掺杂ZnO薄膜的制备及其特性研究

采用射频反应溅射技术在硅(100)衬底上制备了未掺杂和掺In的ZnO薄膜。掠角X射线衍射测试表明,实验中制备的掺In样品为ZnO薄膜。用X射线衍射仪、原子力显微镜和荧光分光光度计分别对两样品的结构、表面形貌和光致发光特性进行了表征,分析了In掺杂对ZnO薄膜的结构和发光特性的影响。与未掺杂ZnO薄膜相比,掺In ZnO薄膜具有高度的C轴择优取向,同时样品的晶格失配较小,与标准ZnO粉末样品之间的晶格失配仅为0．16％;掺In ZnO薄膜表面平滑,表面最大不平整度为7nm。在掺In样品的光致发光谱中观察到了波长位于415nm和433nm处强的蓝紫光双峰,对掺In样品的蓝紫双峰的发光机理进行了讨论,并推测出该蓝紫双峰来源于In替位杂质和Zn填隙杂质缺陷。     

N掺杂ZnO薄膜的荧光特性研究

以N₂为掺杂源,通过改变O₂∶N₂比,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有[002]择优取向的N掺杂ZnO薄膜,研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明,薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同,有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在,但随着薄膜N含量的不同,其发光峰强度明显不同,其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O₂∶N₂为10∶15时,制备的薄膜N掺杂量最大,光学性能最好,此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.     

N掺杂ZnO薄膜的荧光特性研究

以N2为掺杂源,通过改变O2∶N2比,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有[002]择优取向的N掺杂ZnO薄膜,研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明,薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同,有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在,但随着薄膜N含量的不同,其发光峰强度明显不同,其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O2∶N2为10∶ 15时,制备的薄膜N掺杂量最大,光学性能最好,此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.     

衬底温度对ZnMgO薄膜结构和光致发光性能的影响

利用超声喷雾热解方法以不同的沉积温度(450～550 ℃)在石英衬底上制备出一系列ZnMgO薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构、表面形貌和光学性能。结果表明衬底温度对薄膜结构性能和光学特性影响显著。所有薄膜都呈六角纤锌矿多晶结构,其中在530 ℃条件下制备的样品C轴择优最明显,晶粒尺寸均匀,表面形貌平整,结晶质量最好。薄膜的光致发光谱显示随着温度的升高深能级跃迁范围逐渐减小,近紫外带边发光峰逐步出现。衬底温度为530 ℃时在374.5 nm处出现了明显的近紫外发光峰,且几乎没有明显的深能级跃迁出现。     

生长温度对ZnO薄膜晶体质量和发光特性的影响

采用激光脉冲沉积法在Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,衬底温度分别为室温,200℃,300℃,400℃和500℃.用X射线衍射仪、拉曼光谱、扫描电子显微镜对薄膜的微结构进行了测量,并测量了室温下薄膜的光致发光特性.结果表明,300℃时.ZnO具有最佳择优取向,随着衬底温度升高.衍射峰半峰全宽减小,薄膜晶粒尺寸增大,400℃时,薄膜具有各向等大的品粒尺寸.同时拉曼谱结果显示,薄膜内部的缺陷随衬底温度变化无明显差别,应力表现为张应力,400℃时应力最小,紫外发光峰在衬底温度为400℃时最强,而黄绿光带最弱.在减少薄膜缺陷,提高择优长向和晶粒尺寸的同时.使晶粒横向尺寸和纵向尺寸尽可能相同,可极大提高薄膜的发光特性.     

退火对ZnO:Al薄膜光致发光性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺在石英衬底上制备ZnO:Al（AZO）薄膜,通过不同温度的退火处理,研究了退火对AZO薄膜结构和光致发光特性的影响。XRD图谱表明：所制备的薄膜具有c轴高度择优取向,随着退火温度的升高,(002)峰的强度逐渐增强,同时(002)峰的半高宽逐渐减小,表明晶粒在不断增大。未退火样品的光致发光（PL）谱由361 nm附近的紫外带边发射峰和500 nm附近的深能级发射峰组成。样品经退火后,以500 nm为中心的绿带发射逐渐减弱,而带边发射强度有所增强,并且逐渐红移到366 nm附近,与吸收边移动的测试结果相吻合。对经过不同时间退火的样品分析表明,AZO薄膜的发光特性与退火时间也有很大关系,时间过短可见波段的发射较强,但时间过长会使晶粒发生团聚,导致紫外发射峰强度减弱。     

退火对ZnO:Al薄膜光致发光性能的影响

 采用溶胶-凝胶工艺在石英衬底上制备ZnO:Al（AZO）薄膜,通过不同温度的退火处理,研究了退火对AZO薄膜结构和光致发光特性的影响。XRD图谱表明：所制备的薄膜具有c轴高度择优取向,随着退火温度的升高,(002)峰的强度逐渐增强,同时(002)峰的半高宽逐渐减小,表明晶粒在不断增大。未退火样品的光致发光（PL）谱由361 nm附近的紫外带边发射峰和500 nm附近的深能级发射峰组成。样品经退火后,以500 nm为中心的绿带发射逐渐减弱,而带边发射强度有所增强,并且逐渐红移到366 nm附近,与吸收边移动的测试结果相吻合。对经过不同时间退火的样品分析表明,AZO薄膜的发光特性与退火时间也有很大关系,时间过短可见波段的发射较强,但时间过长会使晶粒发生团聚,导致紫外发射峰强度减弱。     

ZnO六方纳米管晶体的制备与光致发光性能

常压下在空气中以氧化锌和碳粉为原料,利用高温碳热还原反应法制备出了自组装ZnO纳米晶体,采用SEM、XRD、PL等手段对产物进行了表征。结果表明产物为自组装多层六方管状结构的晶体,且是单一的六角晶系纤锌矿ZnO相。分析表明其生长机理为首先形成ZnO薄片,然后薄片再卷曲为管状物,其中碳热能和静电能为卷曲驱动力。室温光致发光谱显示,ZnO六方管晶体在以545nm为中心的范围内,形成较强较宽的绿光发射峰,而红光发射的强度增幅尤其突出。     

ZnO纳米棒的拉曼和发光光谱研究(英文)

本文对采用湿化学方法合成的ZnO纳米棒样品的拉曼光谱和发光光谱进行了研究。由扫描电镜结果可知,合成的ZnO纳米棒具有很好的尺寸发布均匀性,直径在30 nm左右,长度大于1微米。采用显微拉曼光谱技术,得到了632.8 nm波长激发的拉曼光谱,并和体相样品的拉曼光谱进行了对比分析;由325 nm激光波长激发得到的荧光光谱可知样品具有很好的紫外发光性质。     

Photoluminescence and electroluminescence properties of ZnO films on p-type silicon wafers

A simplified n-ZnO/p-Si heterojunction has been prepared by growing n-type ZnO rods on p-type silicon wafer through the chemical vapour deposition method. The reflectance spectrum of the sample shows an independent absorption peak at 384 nm, which may be originated from the bound states at the junction. In the photoluminescence spectrum a new emission band is shown at 393 nm, besides the bandedge emission at 380 nm. The electroluminescence spectrum of the n-ZnO/p-Si heterojunction shows a stable yellow luminescence band centred at 560 nm,which can be attributed to the emission from trapped states. Another kind of discrete ZnO rod has also been prepared on such silicon wafer and is encapsulated with carbonated polystyrene for electroluminescence detection. This composite structure shows a weak ultraviolet electroluminescence band at 395 nm and a yellow electroluminescence band. These data prove that surface modification which blocks the transverse movement of carriers between neighbouring nanorods plays important roles in the ultraviolet emission of ZnO nanorods. These findings are vital for future display device design.     

ZnO/p-Si异质结的深能级及其对发光的影响

利用深能级瞬态谱(DLTS)和光致发光谱(PL),研究了ZnO/pSi异质结的两种不同温度(850℃,1000℃)退火下的深能级中心。发现850℃退火的样品存在3个明显的深中心,分别为E₁=E_v+0.21eV,E₂=E_v+0.44eV,E₃=E_v+071eV;而1000℃退火样品仅存在一个E₁=E_v+021eV的中心,且其隙态密度要比850℃退火的大。同时,测量了两个样品的PL谱。发现1000℃退火可消除一些影响发光强度的深能级,对改善晶格结构,提高样品的发光强度有利。     

高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构及室温光致发光特性

采用射频磁控溅射方法制备了Er/Yb共掺ZnO薄膜,研究了退火处理对高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构演化和光致发光(PL)特性的影响。X射线衍射分析结果表明:Er/Yb掺杂导致ZnO薄膜的晶粒细化及择优取向性消失,ZnO晶粒随退火温度的增加而逐渐长大。900℃退火时,出现Er3 、Yb3 偏析,退火温度高于1000℃时,薄膜与基体间发生了界面反应,1200℃时,ZnO完全转变为Zn2SiO4相。光致发光测量结果表明:高于900℃退火处理后,Er/Yb共掺ZnO薄膜在1540 nm附近具有明显的光致发光,发光强度在退火温度为1050℃时达到最大值;光致发光光谱呈现典型的晶体基质中Er3 离子发光光谱所具有的明锐多峰结构特征。此外,探讨了薄膜结构演化及其对光致发光光谱的影响。     

溶液法制备氧化锌晶体的微结构及发光特性研究

以醋酸锌和六次甲基四胺为原料在不同的溶液环境中,采用水热法或热溶液法合成了不同形貌的微纳氧化锌.氧化锌形貌和尺寸的控制对合成环境有强烈的依赖.通过化学吸附将乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸吸附在氧化锌的极性面上,可以抑制极性面的晶体生长,调控氧化锌的晶体形貌.这种选择吸附性导致了样品形貌的不同.拉曼光谱测试结果表明,在柠檬酸溶液中合成的氧化锌的晶粒更小.光致发光光谱测试结果表明,所得到的氧化锌的发光是激子和缺陷发光.     

热蒸发法制备ZnO纳米棒阵列

氩气氛常压下，利用热蒸发法，在无催化剂、无ZnO预沉积层的硅衬底上制备了取向良好，排列整齐的ZnO纳米棒阵列．在距Zn源不同位置的Si衬底上得到了不同形貌的样品．硅衬底置于锌源正上方是得到取向一致的ZnO纳米阵列的一个关键性条件．用场发射扫描电子显微镜、X射线粉末衍射表征样品表面形貌、晶体结构．进一步研究了样品的生长机制和荧光性质．     

射频磁控溅射沉积的ZnO薄膜的光致发光中心与漂移

利用射频磁控溅射法在n型单晶硅衬底上制备了ZnO薄膜.通过改变源气体中氩气和氧气的流量比制备了具有不同化学计量比的ZnO薄膜，并且将它们在真空中作了加热后处理来研究ZnO薄膜的光致发光特性.这些在常温衬底上沉积的薄膜可发出强的蓝光，其峰位会随氧流量的减少而发生红移.从导带底到锌缺陷形成的受主能级之间的跃迁可能是产生蓝光发射的原因. 关键词： ZnO薄膜 光致发光 退火 蓝光发射     

ZnO/PAA复合体系的制备和光致发光研究

通过加热法在多孔氧化铝模板的纳米孔内组装了ZnO颗粒,形成了ZnO和多孔氧化铝模板(PAA)复合体系.用Y-2000型X射线衍射仪表征了复合体系的结构,用TU-1901型紫外-可见分光光度计测量了复合体系的光学透过率,用WFY-28型荧光分光光度计测量了复合体系的光致发光.结果显示,多孔氧化铝模板中的ZnO结晶良好,平均晶粒尺寸10.8 nm;多孔氧化铝模板组装ZnO后透过率明显下降,550 nm处只有45%左右;ZnO/PAA复合体系在短波长光激发下有一个强的430 nm峰位的发光峰,随着激发波长增大,发光峰位红移,并且逐渐分解为两个峰,峰位分别在410 nm和460 nm.     

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。