Ca掺杂对ZnO氧化物热学性能的影响

在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上的第一性原理计算的方法研究了Ca掺杂对纤锌矿结构氧化物ZnO热学参数和热学性能的影响。研究结果表明,Ca掺杂ZnO氧化物晶格a,b,c轴均有所增大;在计算温度区间,纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大;Ca掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容在最高温度900K分别达到16.5 Cal.mol-1K-1和31.7Cal.mol-1K-1。纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均随温度升高不断增大,Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均高于纯的ZnO。Ca掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。Ca掺杂ZnO氧化物应该具有较高的晶格热导率。     

Ca掺杂对ZnO氧化物热学性能的影响

在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上的第一性原理计算的方法研究了Ca掺杂对纤锌矿结构氧化物Zn O热学参数和热学性能的影响.研究结果表明,Ca掺杂Zn O氧化物晶格a,b,c轴均有所增大;在计算温度区间,纯的Zn O和Ca掺杂的Zn O的晶格热容均随温度升高不断增大;Ca掺杂的Zn O具有较高的晶格热容;纯的Zn O和Ca掺杂的Zn O的晶格热容在最高温度900K分别达到16.5Cal.mol-1K-1和31.7 Cal.mol-1K-1.纯的Zn O和Ca掺杂的Zn O的德拜温度θD均随温度升高不断增大,Ca掺杂的Zn O的德拜温度θD均高于纯的Zn O.Ca掺杂在Zn O中引入了新的振动模式.Ca掺杂Zn O氧化物应该具有较高的晶格热导率.     

溅射气氛对N掺杂ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射系统,N₂和Ar作为溅射气体,生长N掺杂ZnO薄膜。溅射气氛中氮气流量分别为0,8,20,32 mL/min,通过改变氮气的流量,研究薄膜性能的变化。结果发现,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的电阻率增加,薄膜中N_O与(N₂)_O的掺杂浓度同时在变大。当氮气流量为8 mL/min时,N的有效掺杂效率最高。另外,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的厚度在减小。     

Ni掺杂对ZnO磁光性能的影响

在掺杂浓度范围为2.78%—6.25%(物质的量分数)时,Ni掺杂ZnO体系吸收光谱分布的实验结果存在争议,目前仍然没有合理的理论解释.为了解决存在的争议,在电子自旋极化状态下,采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,构建不同Ni掺杂量的ZnO超胞模型,分别对模型进行几何结构优化和能量计算.结果表明,Ni掺杂量越大,形成能越高,掺杂越难,体系稳定性越低,掺杂体系带隙越窄,吸收光谱红移越显著.采用LDA(局域密度近似)+U方法调整带隙.结果表明,掺杂体系的铁磁性居里温度能够达到室温以上,磁矩来源于p-d态杂化电子交换作用.Ni掺杂量越高,掺杂体系的磁矩越小.另外还发现Ni原子在ZnO中间隙掺杂时,掺杂体系在紫外光和可见光区的吸收光谱发生蓝移现象.     

Co掺杂对ZnO薄膜结构和性能的影响

采用PVA溶胶-凝胶方法，在玻璃衬底上制备了Zn_1-xCo_xO薄膜，利用X射线衍射仪(XRD)研究了不同Co含量对其微结构的影响.采用振动样品磁强计(VSM)测量了Zn_0.88Co_0.12O样品室温下的磁性.采用荧光光谱仪研究了Zn_1-xCo_xO样品室温下的发光特性，分析掺杂含量对其发光性能的影响，发现随着掺杂含量的增加，蓝光发光峰有一定的红移现象. 关键词： PVA方法 ZnO 掺杂     

Al-2N掺杂量对ZnO光电性能的影响

与本文相近的Al-2N掺杂量的范围内, 对ZnO掺杂体系吸收光谱分布红移和蓝移两种实验结果均有文献报道, 但是, 迄今为止对吸收光谱分布尚未有合理的理论解释. 为了解决该问题, 本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似 平面波超软赝势方法, 用第一性原理构建了两种不同掺杂量的Zn_0.98148Al_0.01852O_0.96296N_0.03704和Zn_0.96875Al_0.03125O_0.9375N_0.0625超胞模型. 在几何结构优化的基础上, 对模型能带结构分布、态密度分布和吸收光谱分布进行了计算. 计算结果表明, 在本文限定的掺杂量范围内, Al-2N掺杂量越增加, 掺杂体系的体积越减小, 体系总能量越升高, 体系稳定性越下降, 形成能越升高, 掺杂越难; 所有掺杂体系均转化为简并p型化半导体, 掺杂体系最小光学带隙均变窄,吸收光谱均发生红移; 同时发现掺杂量越增加, 掺杂体系最小光学带隙变窄越减弱, 吸收光谱红移越减弱. 研究表明: 要想实现Al-2N共掺在ZnO中最小光学带隙变窄、掺杂体系发生红移现象, 除了限制掺杂量外, 尺度长短也应限制; 其次, Al-2N掺杂量越增加,掺杂体系空穴的有效质量、浓度、 迁移率、电导率越减小,掺杂体系导电性能越减弱. 计算结果与实验结果的变化趋势相符合. 研究表明, Al-2N共掺在ZnO中获得的新型半导体材料可以用作低温端的温差发电功能材料.     

Cu掺杂ZnO稀磁半导体磁电性能影响的模拟计算

在Cu重掺杂量摩尔数为0.02778–0.16667的范围内, 对ZnO掺杂体系磁电性能影响的第一性原理研究鲜见报道. 采用基于自旋密度泛函理论的平面波超软赝势方法, 用第一性原理计算了两种不同Cu单掺杂量Zn_1-xCu_xO (x=0.02778, 0.03125)超胞的能带结构分布和态密度分布. 结果表明, 掺杂体系是半金属化的稀磁半导体; Cu掺杂量越增加、相对自由空穴浓度越增加、空穴有效质量越减小、电子迁移率越减小、电子电导率越增加. 此结果利用电离能和Bohr半径进一步获得了证明, 计算结果与实验结果相符合. 在限定的掺杂量0.02778–0.0625 的条件下, Cu单掺杂量越增加、掺杂体系的体积越减小、总能量越升高、稳定性越下降、形成能越升高、掺杂越难. 在相同掺杂量、不同有序占位Cu双掺ZnO体系的条件下, 双掺杂Cu-Cu间距越增加, 掺杂体系磁矩先增加后减小; 当沿偏a轴或b轴方向Cu–O–Cu相近邻成键时, 掺杂体系会引起磁性猝灭; 当沿偏c轴方向Cu–O–Cu相近邻成键时, 掺杂体系居里温度能够达到室温以上的要求. 在限定的掺杂量0.0625–0.16667的条件下, 沿偏c轴方向Cu–O–Cu相近邻成键时, Cu 双掺杂量越增加, 掺杂体系总磁矩先增加后减小. 计算结果与实验结果变化趋势相符合.     

生长温度对Ga掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

在不同衬底温度(室温~750 ℃)条件下,采用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英玻璃和单晶硅(111)衬底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜。结果显示:衬底温度的变化导致衬底表面吸附原子扩散速率和脱附速率的不同,从而导致合成薄膜结晶质量的差异,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最好的结晶特性;GZO薄膜中载流子浓度随衬底温度升高而单调减小的现象与GZO薄膜中的本征缺陷密切相关,晶界散射强度的变化导致迁移率出现先增大后减小的趋势,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最小的电阻率~0.02 Ω·cm;随着衬底温度的升高,薄膜载流子浓度的单调减小导致了薄膜光学带隙变窄,所有合成样品的平均可见光透过率均达到85%以上。采用PLD方法制备GZO薄膜,衬底温度的改变可以对薄膜的光电性能起到调制作用。     

Ag掺杂对ZnO薄膜的光电性能影响

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,以高纯O2为载气生长了Ag掺杂ZnO(ZnO∶Ag)薄膜。研究了Ag掺杂ZnO薄膜的表面结构、电学和光学性质。结果表明所得ZnO∶Ag薄膜表面结构良好,扫描电子显微镜(SEM)测试表明薄膜表面光滑平整,结构致密均匀;在室温光致发光(PL)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550℃下获得了p型导电的ZnO∶Ag薄膜。     

Sn掺杂ZnO纳米晶的水热法制备及光学性能

以ZnCl2和NaOH为原料,用SnCl4·4H2O作掺杂剂,通过水热法合成了Sn掺杂ZnO纳米颗粒。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及光致发光(PL)光谱等测试技术对样品的物相、形貌及光学性能进行了表征。结果表明:制得的Sn掺杂ZnO纳米粒子具有六角纤锌矿结构。随着锡掺杂浓度的增大,纳米晶的平均粒度增加,晶体形貌由短棒状向单锥和双锥状转变;提高前驱液的pH值,所得样品的形貌由长柱状向短柱状转变。室温下,观测到三个光致发光带,一个峰值在433nm处的强紫光发射峰,一个约在401nm处的近紫外发光峰及一个在466nm处的弱蓝光发光峰。在实验掺杂浓度范围内,Sn的掺杂只是改变纳米ZnO的发光强度,对发光峰位置影响不大。     

纤锌矿结构ZnO中定位Ga-N共掺杂对p型掺杂效率的影响

采用第一性原理和密度泛函理论的方法,计算未掺杂、N单掺杂和Ga-N共掺杂纤锌矿结构ZnO的总能、电荷密度和能带结构.总能计算表明,Ga原子的共掺杂使总能极大地降低,从而显著提高杂质N原子在ZnO中的稳定性.电荷密度分布显示,总能的降低主要是Ga-N共掺杂后Ga原子的3d态和N原子的2p态电子之间的强杂化相互作用所致.特别是在Ga原子的负电荷和N原子的正电荷沿c轴排成一线的共掺杂构型中,较大的局域极化场的变化引起价带顶向禁带中的大分裂,降低了N受主的激活能,将空穴的浓度提高了三个量级,有效地提高p型掺杂效率.     

Li掺杂ZnO系统的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Li掺杂Zn O系统的电子结构和光学性质。结果表明,随着掺杂浓度的增大,带隙线性增大,吸收边蓝移。由于杂质吸收,掺杂系统在可见光区附近产生了新的吸收峰,适度掺杂可以提高可见光的吸收率,改善系统的光催化特性。     

Effects of Mn‐doping on surface acoustic wave properties of ZnO films

Surface acoustic wave (SAW) filters based on Mn‐doped ZnO films have been fabricated and effects of Mn‐doping on SAW properties are investigated. It is found that the electromechanical coupling coefficient (K²) of Zn_0.913Mn_0.087O films is 0.73 ± 0.02%, which is 73.8% larger than that of undoped ZnO films (0.42 ± 0.02%). Zn_0.913Mn_0.087O film filters also exhibit a lower absolute value of insertion loss (|IL|) of 16.1 dB and larger bandwidth (BW) of 5.9 MHz compared with that of undoped ZnO film filter. However, Zn_0.952Mn_0.048O film filters exhibit a smaller K² of 0.34 ± 0.02%, larger |IL| of 26.9 dB and smaller BW of 3.5 MHz. It is suggested that the SAW properties can be improved by appropriate Mn‐doping and Mn–ZnO/Si multilayer structure with large d₃₃ is promising for wide‐band and low‐loss SAW applications. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Al掺杂浓度对ZnO陶瓷释能电阻材料性能的影响

为了制备ZnO释能电阻并研究Al掺杂浓度对ZnO释能电阻材料的影响,通过改进的制陶工艺制备了不同Al掺杂浓度的ZnO导电陶瓷。实验结果表明,Al掺杂浓度对ZnO释能电阻的导电性、能量密度和线性度均有较大的影响。Al的掺杂能较好地改善ZnO释能电阻的线性度,非线性系数可低至1.02;Al掺杂能很好地控制ZnO的电阻率,使其达到0.54 Ω·cm;Al掺杂还能较好地改善ZnO陶瓷的均匀性和密度,从而提高ZnO释能电阻的能量吸收密度,能量吸收密度高达720 J/cm³,较金属释能材料高出2~3倍。     

K-2N双受主共掺杂P型ZnO的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）平面波超软赝势方法,计算了未掺杂ZnO和K,K-2N掺杂ZnO体系的晶体结构、能带、电子态密度与光学性质。研究表明：K掺杂ZnO体系,带隙变宽,在费米能级附近引入了较浅的受主能级,费米能级进入到价带中。而K-2N共掺杂体系中,带隙变窄,形成了浅受主能级,这个对改善ZnO的p型掺杂有重要意义。另一方面,掺杂后ZnO的光学性质也发生了一定变化,ZnO吸收谱中出现了新的吸收峰,同时介电函数虚部都出现了新的波峰,静态介电常数 也都增大了。     

K-2N双受主共掺杂P型ZnO的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法,计算了未掺杂ZnO和K,K-2N掺杂ZnO体系的晶体结构、能带、电子态密度与光学性质.研究表明:K掺杂ZnO体系,带隙变宽,在费米能级附近引入了较浅的受主能级,费米能级进入到价带中.而K-2N共掺杂体系中,带隙变窄,形成了浅受主能级,这个对改善ZnO的p...     

Thermal conductivity of nanoscale polycrystalline ZnO thin films

Thermal conductivities (TCs) of ZnO thin films of thickness 80-276 nm prepared by sol-gel method are measured by the transient thermoreflectance (TTR) system. The obtained TCs ranging from 1.4 to 6.5 W/m K decrease while the thickness decrease. The measured TCs are much smaller than those of bulk ZnO, which is about 100 W/m K. The possible reasons for the decrease are the grain boundary and defects. The latter is the dominating one from the analysis.     

扩散掺杂的p型ZnO薄膜的光学性质研究

采用原子层沉积技术(atomic layer deposition)在InP衬底上生长ZnO薄膜,并在不同温度下(500和700 ℃)进行热退火处理,将P掺杂进入ZnO,得到p型ZnO薄膜。样品的光学特性通过光致发光光谱(photoluminescence, PL)来测定,得出热退火温度是影响P扩散掺杂的重要因素,低温PL光谱中,700 ℃热退火1 h样品的光谱展现出四个与受主相关的发射峰：3.351,3.311,3.246和3.177 eV,分别来自受主束缚激子的辐射复合(A°X)、自由电子到受主的发射(FA)、施主受主对的发射(DAP)以及施主受主对的第一纵向声子伴线(DAP-1LO),计算得到受主束缚能为122 meV,与理论计算结果一致。通过热扩散方式实现了ZnO薄膜的p型掺杂,解决了制约ZnO基光电器件发展的主要问题, 对ZnO基半导体材料及其光电器件的发展有重要意义。