原子层沉积Sn掺杂ZnO薄膜结构及光电性能的研究

采用原子层沉积方法以臭氧为氧源,分别在Si和K-9玻璃衬底沉积Sn掺杂ZnO薄膜.系统研究了Sn掺杂浓度对ZnO薄膜成分、晶体结构及光电性能的影响.XRD分析表明:所制备SnZO薄膜具有垂直于衬底表面的c轴择优取向.XPS分析表明:在ZnO中掺杂离子以Sn4+形式存在.Hall分析表明Sn是一种有效的施主掺杂元素,其通过置换Zn2+位置释放导电电子.当Sn掺杂浓度为1.8at;时,Hall测试表明ZnO薄膜具有最低电阻率为9.5×10-4Ω·cm,载流子浓度达到最高值为3.2×1020 cm-3,进一步增加Sn浓度使得ZnO薄膜电学性能变差.SnZO薄膜在可见光区域的光透过率超过85;,光学带隙值由未掺杂ZnO的3.26 eV增加到5.7at; Sn掺杂时3.54 eV.     

Na掺杂ZnO薄膜的表面形貌及其光学性质

采用溶胶-凝胶技术制备不同Na掺杂ZnO薄膜,用XRD、拉曼光谱仪、AFM、SEM和紫外可见分光光度计等表征方法研究了Na掺杂量对ZnO薄膜的表面形貌和光学性质的影响.XRD和Raman光谱分析表明:8.0 at;Na掺杂ZnO薄膜具有最佳c轴择优取向,内部残余张应力最大;表面形貌研究结果显示:薄膜的平均粒径和粗糙度均随Na含量的增加而增大.薄膜在可见光范围内的平均透射率大于80;,随着Na含量从0增加到10at;,薄膜的光学带宽由3.283 eV增大到 3.305 eV.     

Mg,Sn共掺对ZnO薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在石英衬底上制备了不同Mg,Sn掺杂比例的ZnO薄膜,研究了不同Mg,Sn比例对ZnO薄膜微观结构、表面形貌和光电性能的影响及其内在机制.结果表明:Mg,Sn掺杂后薄膜仍保持六方纤锌矿结构并沿(002)方向择优生长,掺入2;的Mg后,晶粒有所长大,保持2; Mg不变,随着Sn的掺入,薄膜晶粒减小,但薄膜的致密度、表面平整度以及薄膜晶粒均匀性却有明显的改善;适量Mg,Sn掺杂,一方面,因Mg,Zn离子的金属性差异和Sn4+替位Zn2+晶格位置提供两个自由电子使薄膜载流子浓度增加产生Burstein-Moss效应,另一方面,因晶粒尺寸变小产生量子限域效应,薄膜禁带宽度增大,同时可见光透过率也有着明显提高;Mg,Sn共掺杂使薄膜结晶变好,载流子迁移率增大,同时载流子浓度上升,ZnO薄膜电阻率呈现较大幅度的下降.     

ZnO掺杂对PVK∶Ir(ppy)3体系发光特性的影响

以无机纳米颗粒ZnO作为电子传输材料,并以不同质量比掺杂到PVK∶ Ir(ppy)3体系作为发光层制成一系列磷光器件,器件结构为:ITO/PVK∶ Ir(ppy)3∶ ZnO(100∶ 1∶ x)/ BCP/Alq3/Al, ZnO的掺杂浓度x分别为0;,1;,2;,5;,10;,研究了它们的电致发光特性.结果表明:合适比例ZnO掺杂可以改善器件的发光特性,ZnO的最佳掺杂量为1;,此时器件的相对发光强度是未掺杂的器件的4倍,器件的启亮电压也由未掺杂时的15.5 V降到了10.5 V.当掺杂浓度较大时,电子传输过多在电极另一侧形成漏电流,没有在发光层内进行电子与空穴有效复合,没有对发光起到作用,导致器件的发光性能下降.     

MOCVD法制备一维定向ZnO晶须阵列及掺杂研究

采用大气开放式MOCVD技术,以Zn(C5H7O2)2为前驱物,在玻璃和单晶硅基片上生长了沿c轴高度定向、规则排布的氧化锌晶须阵列.在此基础上,采用多气路输送不同金属有机源的方法,进行了ZnO晶须的掺杂,制备了掺铝元素的一维定向晶须阵列.XRD结果表明未掺杂ZnO晶须为六方纤锌矿结构,沿c轴高度取向;掺铝ZnO晶须晶体结构仍为六方纤锌矿结构,沿c轴择优取向.SEM结果显示,未掺杂的ZnO晶须阵列排布规则,长径比达到20;掺杂ZnO晶须随着铝掺杂浓度的增加,晶须的形貌及排布规则性变差.     

建筑环境下基于ZnO纳米线甲醛气体检测传感器的研究

为了检测建筑物室内甲醛,用ZnO纳米线作为监测甲醛的目标物.以氯化锌(ZnCl2)和柠檬酸钠(C6 H5 Na3 O7)为原料,使用水热法合成ZnO纳米线,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对制备出的ZnO纳米线的晶体结构和微观形貌进行表征.结构表征结果表明,所制备出的ZnO纳米线结晶良好、纯度较高,平均直径为(39±10)nm,其长度约为400 nm,且分散良好.将所制备的ZnO纳米线涂覆在陶瓷管上,组装成气敏元件并对其进行系统的气敏特性研究.气敏检测结果表明,基于ZnO纳米线的气体传感器对HCHO气体具有优异的气敏性能.该传感器在125℃时对50×10-6的HCHO气体获得最大灵敏度15.2,同时展现出了优良的稳定性、重现性以及选择性.     

La掺杂量对ZnO光电性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论下的平面波超软赝势方法和杂化泛函理论下的模守恒赝势方法,分别计算了未掺杂ZnO和两种La掺杂浓度的ZnO模型,其中对较高La掺杂浓度的计算还设置了两种不同的掺杂位置.结构优化后,首先通过计算形成能、系统总能量和电荷布居值,对掺杂后体系的稳定性进行了分析;而后结合自旋基态能量与自旋电子态密度对掺杂体系的磁性状态进行了说明;最后通过计算得到的电子结构及吸收光谱讨论了La掺杂量对ZnO光电性能的影响.结果表明:随La掺杂量增加,ZnO体系稳定性有所降低;La掺杂ZnO无磁性,电子结构不会受到自旋能级分裂的影响;与纯ZnO相比,La掺杂ZnO的禁带宽度增大,吸收光谱蓝移,然而通过控制La浓度与掺杂方式可以有效增强La-5d与Zn-4s电子态的交换关联作用而减小ZnO的最小光学带隙,提高ZnO对可见光的吸收系数,使光生空穴-电子对有效分离的影响.     

Co、Sn共掺杂ZnO晶体的制备及其磁性

采用6 mol/L KOH作为矿化剂,SnO2、CoCl2和ZnO按物质的量比为0.02∶0.5∶1的比例混合作为前驱物,填充度70;,温度430℃,时间24h,采用水热法制备出Co、Sn元素掺杂的ZnO晶体.Sn元素掺杂明显改变了晶体的极性生长特征,较大面积的显露正极面c｛0001｝面,还显露柱面m{l0l0｝、正锥面p{1011｝、负锥面｛1011｝和负极面｛0001｝以及正锥面{1012｝和负锥面{1012｝,晶体长度约为50 μm.经过EDS测量表征,发现制备的ZnO单晶中Co元素的含量达到10.89at;,生成物中出现少量Co氧化物,SQUID测量表明样品主要表现为顺磁性.     

水热法制备钛掺杂二氧化锡微球及其乙醇气敏性研究

以SnCl2·2H2O和TiCl4为原料,采用水热法制备钛掺杂SnO2微球.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的物相和形貌进行表征,并测试材料对乙醇的气敏性.结果表明,所得钛掺杂SnO2微球呈四方金红石结构,钛离子掺入并没有改变SnO2晶体结构,也无新晶相出现;由钛掺杂SnO2微球制得的气敏元件在工作温度350℃条件下,对乙醇有较高灵敏度,如对50 ppm乙醇的灵敏度为2.053,响应时间在10 s内,恢复时间也在3 min内;并对其气敏机理进行了进一步探讨.     

高浓度Co掺杂ZnO晶体的水热法制备及磁性

采用水热法以CoO、ZnO混合为前驱物制备了ZnO晶体,矿化剂为6 mol/L KOH,填充度70;,温度430℃,两种样品CoO、ZnO组分物质的量百分比分别为0.5∶1和1∶1.当前驱物为nCo∶nZn=0.5∶1时,合成出Zn1-xCoxO晶体,Co元素掺杂量分别为6.83 at;和9.30 at;.当前驱物中nCo∶nZn=1∶1时,Zn1-xCoxO晶体中Co掺杂比例达到9.31 at;,同时伴有Co3O4生成,其中Zn掺杂比例达到14.59 at;,SEM显示,所制备的Zn1-xCoxO具有明显的ZnO晶体特征,形态完整,最大尺度约为50 μm.SQUID测量显示,生成物中Zn1-xCoxO晶体具有顺磁性,Zn1-xCoxO和Co3-xZnxO混合晶体也显示为顺磁性.