碱金属掺杂ZnO薄膜发光性能研究

采用固相反应法制备了不同比例的碱金属掺杂ZnO靶材,并利用磁控溅射法在Si(111)基片上制备不同温度下生长的c轴择优取向ZnO薄膜.通过XRD、AFM和荧光光谱(PL谱)研究了掺杂元素和掺杂比例对薄膜结构和发光特性的影响.结果表明,掺杂未改变ZnO的结构,薄膜具有很好的c轴择优取向.室温下用325 nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的 PL 谱,分析表明,紫外发光峰来源于自由激子的复合辐射与带间跃迁,蓝绿发光峰与锌缺陷和氧缺陷有关.此外还探讨了紫外发光峰红移的可能机理.     

Cu掺杂对ZnO基薄膜光学及磁学性能影响

本文采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si(100)衬底上沿c轴方向生长出单晶ZnCoAlO薄膜,并通过加镀Cu层调节薄膜的光学和磁学特性.采用X射线衍射仪(XRD),光致发光光谱仪,振动样品磁强计(VSM)和霍尔效应仪对薄膜的结构、光学和磁学性能进行了研究.实验表明,样品均具有纤锌矿结构并沿(002)面择优生长.加镀Cu层之后,薄膜紫外发光得到增强,掺杂导致薄膜ZnO晶格能带间隙变宽,并使得近带边激子发光增强.同时发现,在室温下Cu离子对薄膜磁性和电子浓度产生影响,Cu掺杂可以改变薄膜中载流子浓度,并影响原有磁性的双交换机理.     

超声喷雾热解法制备不同掺杂浓度ZnO∶Eu薄膜

以醋酸锌,氯化铕的混合水溶液为前驱体,采用超声喷雾热解法在ITO导电玻璃衬底上制备了掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对ZnO∶Eu薄膜的形貌,结构和光学性质进行了研究。通过对比掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜的结构和光学性能,可知在掺杂浓度为6mol%时薄膜的性能最好。SEM照片表明制备的ZnO∶Eu薄膜为致密的纳米颗粒薄膜,ZnO∶Eu晶粒尺寸大约在200～250 nm。XRD图谱表明当掺杂浓度为6mol%时,ZnO∶Eu薄膜具有很好的六角纤锌矿结构,且在2θ=50.47°处出现Eu2O3的衍射峰。激发光谱测试表明ZnO∶Eu薄膜在280 nm,373 nm,393 nm处有较强的紫外吸收。当用280 nm激发光激发时ZnO∶Eu薄膜在613 nm处具有较强的红光发射。     

Nb掺杂ZnO透明导电薄膜的结构以及光电性能研究

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了高质量的Nb掺杂ZnO( NZO)透明导电薄膜.为了研究薄膜厚度对薄膜性质的影响,制备了五个厚度分别为239 nm,355 nm,489 nm,575 nm和679 nm的样品.XRD结果表明,ZnO∶ Nb薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,并且具有垂直于衬底的c轴择优取向.随着膜厚的增加,薄膜的结晶质量明显提高.当厚度从239 nm增加到489 nm时,平均晶粒尺寸从19.7 nm增加到24.7 nm,薄膜的电阻率持续减小;当厚度进一步增加时,晶粒尺寸略有减小,电阻率有所增加.本实验获得的最低电阻率为4.896×10-4Ω·cm.随膜厚的增加,光学带隙先增大后减小.所有薄膜在可见光区域的平均透过率均超过88.3;.     

钛掺杂对ZnO∶Ti透明导电薄膜性能的影响

以不同钛掺杂含量的氧化锌陶瓷靶作为溅射源材料,采用射频磁控溅射工艺在玻璃基片上沉积了Ti掺ZnO(TZO)透明导电薄膜,通过XRD、XPS、分光光度计和霍尔效应测试系统,研究了钛掺杂含量对TZO薄膜微观结构和光电特性的影响.结果表明:所有TZO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且具有(002)择优取向,钛掺杂含量对薄膜性能具有明显的影响.当钛掺杂含量为3wt;时,TZO薄膜的结晶质量最好、可见光平均透过率最高、电阻率最低、品质因数最大(748.15 S/cm),具有最佳的光电综合性能.TZO薄膜的光学带隙随钛掺杂含量增加而单调增大.     

退火温度对ZnO:Eu3+纳米晶发光性质的影响

利用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了ZnO:Eu3+纳米晶,观察到纳米ZnO基质中稀土Eu3+在575nm、 595nm、611nm和653nm附近的特征发射.分析了样品X射线衍射强度、光致发光的峰值强度与退火温度关系.给出了稀土Eu3+激发态5D0→7F1、5D0→7F3、5D0→7F0和5D0→7F2的发射机制,证实了稀土Eu3+的特征发射激发能主要来源于稀土离子内部4f电子跃迁.     

不同方法制备的ZnO∶Eu3+及其发光性质的研究

分别利用高温固相法、共沉淀法以及燃烧法合成了六方晶系纤锌矿结构的ZnO∶ Eu3+荧光粉,探讨了近紫外光激发下不同方法获得样品的发光性质.当监测Eu3+610 nm发射时,观测到200 ～ 250 nm和370 nm两处宽带,分别对应于Eu-O电荷迁移和ZnO.在近紫外光激发下,这些粉体材料都具有来自Eu3+的5D0-7Fj组态内跃迁线状发射以及与基质缺陷相关的宽带发射.比较不同的合成方法的样品发光,发现不同合成方法能量传递效率不同.固相法合成的材料ZnO∶ Eu3+中引入Li+有利于ZnO向稀土Eu3的能量传递的进行.由于在近紫外区的有效吸收,此材料在近紫外激发发光二极管的应用上良好前景.     

Al-H共掺杂ZnO薄膜的形貌及光致发光性能研究

在不同衬底温度条件下采用RF磁控溅射法在石英玻璃上沉积Al-H共掺杂ZnO薄膜.对所有样品进行晶体结构、表面形貌、电学、光学以及室温光致发光性能分析.结果表明:随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的结晶度增加,晶粒增大,薄膜致密度增加;薄膜表面起伏变化减小;同时,电阻率最低达到7.58×10-4Ω·cm,透过率保持在75;左右.所有ZnO薄膜样品都以本征发光为主,Al-H共掺杂在一定程度降低ZnO薄膜缺陷发光的强度;随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的本征发光强度明显增大;同时在能量为3.45 eV附近观察到了一个紫外发光峰.     

衬底温度对硼掺杂ZnO薄膜微观结构及其光电特性的影响

采用射频磁控溅射技术,改变玻璃衬底温度制备B掺杂ZnO薄膜,薄膜的微结构及其光电性能分别用X-射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、四探针测试仪及粗糙度测试仪进行表征.结果表明:ZnO∶B薄膜样品表面平整,具有六角纤锌矿结构并呈C轴择优取向.所有薄膜样品在420 ～ 900 nm区间内的平均透光率大于91;.随着温度的增加,电阻率先减小后增大,但晶粒尺寸一直变大.衬底温度为100℃时电阻率可低至1.14×10-3Ω·cm,所有样品禁带宽度相对于本征ZnO蓝移.     

氮流量对ZnO∶N薄膜微结构及光学性能影响

运用射频磁控溅射技术,改变氩、氮流量比(9/1 ～ 9/4)在玻璃衬底上获得ZnO∶N样品,采用XRD、紫外-可见分光光度计、傅里叶红外光谱仪及SEM对薄膜微结构和光学性能表征.结果发现∶N流量小,样品XRD峰强小,峰位不明显,紫外可见光光谱在320 ～780 nm波长区间透射率变化小;随着N流量的增加,样品XRD有(002)强单峰出现,在400 nm波长以下透射率急剧下降;当氩氮流量达到9/4,样品XRD出现双峰,紫外光透射率无明显变化.     

Mg掺杂ZnO薄膜的结构和光致发光性能的变化

为深入了解ZnMgO合金薄膜的结构与发光性能的关系,采用ZnO和MgO粉末球磨、冷压成型后再高温烧结的方式制靶,在石英基底上室温射频磁控溅射制备了Mg含量0%～8% (原子数分数) 的ZnMgO薄膜,然后于400 ℃空气退火。采用X射线衍射仪表征薄膜的晶体结构,场发射扫描电子显微镜及附带的X射线能谱仪(EDS)观测薄膜颗粒形貌和化学成分,荧光分光光度计测试光致发光(PL)谱。结果发现:ZnMgO合金膜为纤锌矿hcp结构的固溶体,随Mg含量增加,形貌由近似圆形变为圆形和无规则多边形混合型,原因是(002)晶厚失去主导且长大速率被(101)和(110)超过;PL谱出现一个强的紫光峰(390～393 nm)和一个微弱的近红外峰(758～765 nm);随Mg含量的增加,紫光峰位先蓝移后红移,近红外峰位则发生红移;400 ℃空气退火后,所有峰位红移,强度显著增大。对退火处理前后出现的紫光峰和近红外峰的来源和变化规律进行了机制探讨。     

Eu、Mg共掺ZnO薄膜的微观结构与光致发光性能研究

采用射频磁控溅射技术,以不同Eu、Mg掺杂比的ZnO/MgO/Eu2O3陶瓷靶材,制备了Eu、Mg共掺的ZnO薄膜(ZMEO).通过X射线衍射(XRD)、Raman散射及光致发光(PL)技术研究了Eu、Mg掺杂比对ZMEO薄膜微观结构和光致发光性能的影响.结果表明:所制备的ZMEO薄膜皆为六角纤锌矿型结构.适当的Eu、Mg掺杂比不但有利于ZnO晶粒的生长,而且可以引入缺陷俘获导带电子,促进ZnO和Eu3+之间的能量传递,使Eu3+的红光发射强度获得提升.     

溅射功率对ZnO∶Si透明导电薄膜性能的影响

采用直流磁控溅射法在室温玻璃基片上制备出了掺硅氧化锌(ZnO∶ Si)透明导电薄膜.研究了溅射功率对ZnO∶ Si薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响.结果表明,溅射功率对ZnO∶ Si薄膜的生长速率、结晶质量及电学性能有很大影响,而对其光学性能影响不大.实验制备的ZnO∶Si薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有垂直于基片方向的c轴择优取向.当溅射功率从45 W增加到105 W时,薄膜的晶化程度提高、晶粒尺寸增大,薄膜的电阻率减小;当溅射功率为105 W时,薄膜的电阻率达到最小值3.83×10-4 Ω·cm,其可见光透过率为94.41;.实验制备的ZnO∶ Si薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

Eu3+,Tb3+掺杂对RF磁控溅射ZnO薄膜结构的影响

利用RF磁控溅射技术,不同条件下在不同衬底上制备了纯ZnO及Eu3+,Tb3+共掺ZnO薄膜.研究了薄膜的衬底、沉积时间和衬底温度对ZnO薄膜结构及形貌的影响.使用X射线衍射仪(XRD)对样品的结构进行了表征,结果表明:玻璃和石英衬底上的薄膜分别在300℃、镀膜0.5h和常温下、镀膜lh时薄膜具有良好的c轴择优取向,单品质量较好;而硅衬底上的薄膜在300℃、镀膜lh时具有良好的(103)轴择优取向,单品质量略有降低.     

YVO4∶Eu3+纳米荧光粉的水热法合成及其光致发光性能的研究

以NaVO3,Y2O3,Eu2O3为原料,采用水热法在不同pH值(pH =6.5,8.2,10.1,13)条件下合成了具有不同形貌与颗粒尺寸的YVO4∶ Eu3+纳米荧光粉.利用XRD,TEM和荧光光谱仪对样品的结构、形貌和光致发光性能进行了研究.实验结果表明:所合成样品均为具有四方锆石结构的YVO4∶Eu3+纳米晶,溶液pH值对所合成样品的形貌与颗粒大小均有明显影响,而且光致发光性能与样品的形貌有关,YVO4∶Eu3棒状纳米荧光粉因具有较高结晶度而具有较高的荧光强度.     

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.     

溅射法制备YAG:Ce3+荧光薄膜

以自制铈掺杂立方相钇铝石榴石(YAG∶Ce3+)荧光粉为原料经冷静压压制得到粉末靶材,在纯氩气气氛下通过射频磁控溅射法在石英玻片上镀膜,随后在氩气气氛下1100℃/3 h热处理得到YAG∶Ce3+荧光薄膜。系统探讨了溅射功率、靶间距等因素对YAG∶Ce3+荧光薄膜物理和发光性能的影响。分析发现采用粉末靶可以明显提高YAG∶Ce3+薄膜溅射沉积速率,在靶间距20 mm,溅射功率300 W的制备条件下得到的荧光薄膜经450 nm蓝光激发时,可发射524 nm的光,较商用荧光粉发射峰略有蓝移。粉末靶溅射制备荧光薄膜具有大规模实际应用潜力。     

SiO2对Eu3+∶ZnO1-xSx红色发光材料的影响

采用溶胶凝胶-沉淀法,制备了掺杂Eu3+的ZnO1-xSx-SiO2发光材料,通过红外光谱、XRD、TEM、EDS以及激发光谱、发射光谱研究了材料的结构与发光性能,重点研究了SiO2的引入对发光材料发光性能的影响.结果 表明:材料中主要存在Si-O-Si键、Zn-S键和Si-O4基团,引入SiO2能改善材料的发光性能.并确定材料制备时最佳退火温度为800℃,当材料中S的含量为2.4at;,材料的最佳激发波长为395 nm.最后依据结构解释了材料的发光机理.     

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

溅射气压对硼掺杂ZnO薄膜光电特性的影响

采用脉冲磁控溅射系统在玻璃衬底上制备了ZnO∶B薄膜,利用霍尔测试仪和紫外-可见光-近红外分光光度计及逐点无约束最优化法,研究了溅射气压(0.1 ～3 Pa)对ZnO薄膜的光学和电学特性的影响.结果表明:ZnO∶B薄膜在可见光区域内的平均透光率高于80;,近红外波段的透过率及薄膜的电阻率与溅射气压成正比;折射率n随溅射气压降低呈下降趋势,其值介于1.92 ～2.09之间;在较低的溅射气压下(PAr=0.1 Pa)获得的薄膜电阻率最小(3.7×10-3Ω·cm),且对应着小的光学带隙(Eg=3.463 eV).