表面活性剂和n型载流子对钴掺杂氧化锌薄膜铁磁性的双重调控

本文提出了一种利用表面活性剂钝化和电子载流子掺杂来调制钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜固有铁磁性的"双重操纵效应"新方法.第一性原理计算表明,氢表面钝化作为薄膜表面Co-O-Co磁耦合的磁开关,可以控制掺杂钴原子的自旋极化.同时,电子载流子掺杂可以进一步用作类层状铁磁性媒介来调节薄膜内部原子层的铁磁性.该双重操纵效应揭示了n型钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜的本质铁磁性来源,并且还有可能用作其他n型稀磁半导体氧化物薄膜增强铁磁性的替代策略.     

Fe掺杂的GaN薄膜的结构和铁磁性（英文）

本文通过高温氨化由磁控溅射方法制备的Ga₂O₃:Fe薄膜,成功地在单晶硅(100)基底上制备了Fe掺杂的GaN薄膜.X射线衍射结果显示Fe掺杂浓度为0%～7%的GaN薄膜均未发现第二相.磁性测量表明所有Fe掺杂的样品均显示出室温铁磁性,而且每个Fe原子的磁矩随Fe浓度的增加而减小,Fe的浓度为1%时每个Fe的磁矩最大,最大值为1.92μ_B/Fe.     

磁控溅射法制备钴掺杂氧化锌薄膜室温磁学性质（英文）

钴掺杂氧化锌是室温稀磁半导体的重要候选材料,其磁学特性和钴掺杂浓度、显微结构及光学性质密切相关。磁控溅射具有成本低、易于大面积沉积高质量薄膜等特点,是广受关注的稀磁半导体薄膜制备方法。利用磁控溅射方法制备了不同浓度的钴掺杂氧化锌薄膜,并对其显微结构、光学性质和磁学特性进行了系统分析。结果表明:当掺杂原子分数在8%以内时,钴掺杂氧化锌薄膜保持单一的铅锌矿晶体结构,钴元素完全溶解在氧化锌晶格之中;薄膜在可见光区域有很高的透射率,但在567,615和659nm处有明显吸收峰,这些吸收峰源于Co2+处于O2-形成的四面体晶体场中的特征d-d跃迁。磁学特性测试结果表明钴掺杂氧化锌薄膜具有室温铁磁性,且钴的掺杂浓度对薄膜的磁学特性有重要影响。结合薄膜结构、光学和电学性质分析,实验中观察到的室温铁磁性应源于钴掺杂氧化锌薄膜的本征属性,其铁磁耦合机理可由束缚磁极化子模型进行解释。     

铝掺杂ZnMnO纳米晶体的载流子调控铁磁性

通过溶胶-凝胶自燃烧技术合成了Zn_0.95-xAl_xMn_0.05O(x=0、0.03、0.05和0.07)稀磁半导体材料. 并且研究了Al掺杂对Zn_0.95-xAl_xMn_0.05O结构、电学和磁学性质的效果. X射线衍射显示合成的组合物为单相六方晶系纤锌矿型晶体结构,类似于氧化锌.显微图像显示颗粒呈团簇状,但一些单个颗粒呈现六角形纹理. 观察到的电阻率随温度升高(达450 oC)而降低,显示为半导体行为特征.所有组合物具有室温铁磁行为. 饱和磁化强度的值随着Al(载流子)浓度的增加而增加.     

Mn掺杂SnO_2块体样品的铁磁性:载流子的作用（英文）

本文研究了掺杂杂质对Sn_(1-x)Mn_xO_2多晶样品的影响.实验发现,当Sn_(1-x)Mn_xO_2中掺入+2价的Cu离子时体系的铁磁性增强,此时样品仍为绝缘体.而当Sn_(1-x)Mn_xO_2中掺入Sb元素时其铁磁性减弱,并且当Sb的掺杂量达到0.04时样品Sn_(0.97-z)Mn_(0.03)Sb_zO_2的电阻率显著下降.实验结果表明,自由移动的载流子会破坏样品的铁磁性,束缚极化子可能是Mn掺杂SnO_2样品产生铁磁耦合的主要原因.     

掺杂和未掺杂氧化锌薄膜的拉曼光谱

利用拉曼光谱分别对不同衬底上,未掺杂和掺杂以及掺杂浓度不同的ZnO薄膜进行了系统的分析研究。其中ZnO薄膜均由溶胶-凝胶法制得,掺杂源为LiCl。测得的拉曼光谱显示,Pt/Ti/SiO2/Si衬底上生长的ZnO薄膜的拉曼特征峰(437cm-1)的强度明显高于SiO2/Si衬底上ZnO薄膜的拉曼特征峰的强度,说明Pt/Ti/SiO2/Si衬底上ZnO的晶化程度比SiO2/Si上ZnO的晶化程度高;但ZnO拉曼特征峰的位置和半高宽并没有发生变化,说明两种衬底上ZnO薄膜中应力大小没有发生变化。掺Li+后,580cm-1处的峰位向高频方向移动,且掺杂浓度越大频移量越大,说明掺杂已经在不同程度上引起了ZnO晶体中自由载流子浓度的变化。此外,还分析了掺Li+未在很大程度上引起ZnO晶格畸变的原因。     

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。     

镉掺杂氧化锌纳米晶禁带宽度的尺寸效应和掺杂效应研究（英文）

本文采用超声化学法快速简便地制备了在量子限制区域的镉掺杂氧化锌纳米晶.X-射线衍射、透射电镜和红外光谱的分析结果证实纳米晶样品具有合金结构.当镉对锌摩尔比从0增加到2.0,纳米晶的尺寸从5.1 nm减少到2.6 nm,其禁带宽度先出现红移,然后蓝移,最后又发生红移.研究表明量子尺寸效应和掺杂效应可以很好地解释上述禁带宽度的变化.通过对比实验研究发现,超声空化产生非热力学平衡的化学反应条件以及三甘醇溶剂的配位性质对镉掺杂氧化锌纳米晶的形成起重要作用.     

PLD法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其生长形貌和光学性能

用脉冲激光沉积(PLD)方法,在蓝宝石(0001)衬底上,制备了高度c轴取向的Zn1-xCoxO(x=0,0.02,0.05,0.07,0.1)薄膜。X射线衍射(XRD)分析表明,当钴掺杂量≤10mol%时没有出现其他杂峰,即没有出现分相。XPS分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在。进一步验证Co2+离子进入ZnO的晶格,对掺钴浓度不同的样品进行了UV-Vis吸收光谱测量。从UV-Vis吸收光谱可以看出随着掺杂浓度的增加,带隙逐渐变窄,证明Co2+取代了Zn2+而进入了ZnO晶格中。从原子力显微镜(AFM)形貌表征可以看出,随着钴掺杂量的提高,ZnO薄膜的表面起伏度有所减小,而且生长晶粒细化,从生长动力学的角度对生长形貌的改善进行了解释。     

n型InP（100）衬底上电沉积氧化锌薄膜的制备及光致发光

采用电化学沉积方法在n型InP（100）（1016）衬底上制备了氧化锌薄膜。探索线性扫描伏安法确定InP与0．1mol／L Zn（NO3）2电解液的体系中沉积氧化锌的极化电势,在20℃溶液中,相对于甘汞电极（SCE）的极化电势为-1．1877V。扫描电镜照片显示：随着应用电势的降低,氧化锌薄膜变得紧密平滑;狭窄的X射线衍射峰也说明低电势下薄膜的结晶质量较好。光荧光表征发现低电势下制备的氧化锌薄膜具有良好的发光特性。     

氧化钙薄膜中缺陷诱导的高居里温度铁磁性研究（英文）

通过脉冲激光沉积在(111)取向钇稳定的氧化锆(YSZ)衬底上制备了氧化钙(CaO)薄膜.室温下磁滞回线的实验观测数据表明CaO薄膜具有明显的铁磁性.X射线衍射和X射线光电子能谱分析表明,CaO薄膜为(111)取向,没有杂质相.在高真空条件下生长和退火的CaO薄膜都表现出铁磁性磁化行为,而在相应的CaO靶材上没有检测到这种铁磁性.结果表明,氧空位浓度与氧化钙薄膜的磁化强度之间存在一定的相关性,后退火对CaO薄膜磁性的影响说明,氧空位浓度与氧化钙薄膜的铁磁性是相关的.     

钼掺杂氧化锌薄膜的结构、光学和表面等离子体特性研究

室温下,通过直流磁控反应溅射在石英衬底上制备一系列钼掺杂氧化锌薄膜。分别采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、分光光度计及拉曼光谱仪研究了钼掺杂浓度对氧化锌薄膜结构、表面形貌、光学性能和表面等离子体特性的影响。XRD测试结果表明,零掺杂氧化锌薄膜结晶良好,呈c轴择优取向,掺杂后薄膜缺陷增多,结晶质量下降,当掺杂浓度达到3.93 Wt%时,薄膜由c轴择优取向的晶态转变为非晶态。AFM测试结果表明非晶态掺钼氧化锌薄膜表面光滑,粗糙度最低可达489 pm。透射光谱表明所有薄膜样品在可见光范围(400～760 nm)平均透过率均达到80%,禁带宽度随着掺杂浓度的提高从3.28 eV单调增加至3.60 eV。吸收光谱表明氧化锌薄膜表面等离子体共振吸收峰随钼掺杂量的增大发生蓝移,而拉曼光谱表明Mo重掺杂时ZnO薄膜表面拉曼散射信号强度显著降低。通过Mo掺杂获得非晶态氧化锌薄膜,拓宽了氧化锌薄膜材料的应用领域,同时研究了Mo掺杂浓度对氧化锌薄膜表面等离子体的调控作用,这对制备氧化锌基光子器件具有重要参考价值。     

铟磷共掺杂p型氧化锌薄膜形成机理和性质

利用射频磁控溅射在石英衬底上生长出铟磷共掺氧化锌薄膜(ZnO ∶ In,P),所用靶材为掺杂五氧化二磷(P₂O₅)和氧化铟(In₂O₃)的氧化锌(ZnO)陶瓷靶,掺杂质量分数分别为1.5%和0.3%,溅射气体为Ar和O₂的混合气体。原生ZnO薄膜是绝缘的, 600 ℃退火5 min后导电类型为n型,而800 ℃退火5 min后为p型。p型ZnO薄膜的电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率分别为12.4 Ω·cm, 1.6×10¹⁷ cm^-3 和3.29 cm²·V^-1·s^-1。X射线衍射测量结果表明所有样品都只有(002)衍射峰,并与相同条件下生长的未掺杂ZnO相比向大角度方向偏移,意味着In和P都占据Zn位。XPS测试结果表明在共掺ZnO薄膜中P不是取代O而是取代Zn。因此,铟磷共掺ZnO薄膜中,In和P都取代Zn,并且P_Zn与2个锌空位(V_Zn)形成P_Zn-2V_Zn复合受主,薄膜表现为p型。     

用电化学沉积方法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其光学性质

通过选用乌洛托品作为络合剂,采用电化学沉积的方法成功地制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对样品的XRD表征,得出生长的样品为ZnO纤锌矿结构,并没有其他杂相峰,即没有出现分相;通过对样品XPS的分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在;为进一步验证Co²⁺离子进入ZnO的晶格,对掺杂不同Co²⁺浓度的样品进行PL谱的测量,从发光光谱上可以看出随着掺杂Co²⁺浓度的增加,带隙逐渐变窄,发光峰位红移,证明Co²⁺部分取代了Zn²⁺而进入了ZnO晶格中。     

氧化锌薄膜的缺陷发光和它作为白光光源的潜在应用（英文）

ZnO发光二极管(LEDs)在照明应用方面有着巨大的潜力。需要解决的主要问题是光的产生和对辐射的控制,这个问题来自LED波长的变化和组合。发现缺陷发光的ZnO有着各种波长范围,适合LED在白光产生方面的应用。同时展示了在实验和理论上可以用于ZnO系统的缺陷辐射。这种类型的缺陷相较于传统的掺杂材料和其他材料,其优点在于不需要广泛和昂贵的生产系统。不仅提出了ZnO薄膜在白色平面LED光源本征缺陷发光的潜在应用,同时也利用一些方法一个特定的中心位置和ZnO薄膜在初期发射谱带的宽分布来控制缺陷的产生。根据不同的制备方法和特定的实验条件,不同的白色,如稍白色和青白色等原本的和重要的颜色-蓝光波段(455,458nm),绿光波段(517,548nm),红光波段(613,569nm)分别被获得。从而说明了这是一种制作白光LED更好的办法-利用ZnO材料。在对ZnO薄膜电学性质的调查研究中,通过薄膜表面的额电子插入和正离子的湮灭已经证明了的观点,随着质子的植入、正离子的湮没、电子的插入和ZnO表面的电学性质的研究,表述结果被进一步的证实。研究人员对单晶ZnO的已经有了一定的研究,PL质子植入ZnO以后呈现橘红色,并且在700℃退火后仍然存在,清楚的可以看出PL缺陷的存在。在植入粒子方面最近的文章也有报道,例如在ZnO缺陷表层中注入离子和电子来改变PL性能。VZn也发现了氧化锌薄膜的主要缺陷之一是正电子湮没,同样的,Vlasenko和Watkins也发现了氧化锌表面由于电子辐射产生的缺陷。导致绿色透光率的减少,增加PL致600~700nm。之后分析和解释ZnO薄膜电阻率的缺陷。由霍尔系数的迹象表明ZnO表现为N型传导,这样做的原因是因为把VO和Zn原子联系在一起,使Zn具有较低的电阻率。试验中氧气退货可以增加ZnO的电阻率,其电阻率的增加是由于VO的减少。另外,在200℃条件下准备的样品导电率很低,说明了VO的作用很大。退火氧化锌薄膜电导率下降表明,看到了主要的缺陷。     

阳离子表面活性剂三甲基溴化铵与硝酸铵相互作用的表面和热力学研究（英文）

本文系统研究了阳离子表面活性剂三甲基溴化铵和硝酸铵盐的表面现象和自聚集行为.采用电导法和表面张力法研究在不同温度下阳离子表面活性剂三甲基溴化铵的表面性质和热力学性质.通过表面张力测定得到临界胶束浓度、吸附自由能、胶束化的自由能、最小分子面积和表面过量浓度.该研究表明,胶束化过程是自发放热反应.电导测定结果确定了临界胶束浓度、电离程度和反离子结合度.加入硝酸铵盐至表面活性剂溶液后,临界胶束浓度降低,电离程度和反离子结合度增加,更加有利于胶束化过程的自发.该研究对进一步理解电解质和表面活性剂之间相互作用具有重要意义.     

表面预处理对氧化锌薄膜质量的影响

用MOCVD方法在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。生长前衬底表面进行预处理,观察不同表面预处理对ZnO薄膜质量的影响。测量氧化锌的XRD谱,观察表面预处理后对氧化锌薄膜结晶质量的影响。室温下用325nm的He-cd激光器作为激发源测量ZnO薄膜的紫外发光谱,观察表面处理后对ZnO薄膜发光特性的影响。用HL5500 Hall System分别对ZnO薄膜的电学特性进行了测试。得到了ZnO薄膜的电阻率和霍尔迁移率,并得到氧气气氛处理后电阻率变小,霍尔迁移率变大;氮气气氛射频处理后电阻率变大,霍尔迁移率变小的结果。     

NMR方法监测季铵型双子表面活性剂的胶束交换动力学（英文）

本文应用DNMR的方法测量了双子表面活性剂12-s-12和14-s-14(s=2, 3, 4)单体在溶液和胶束间的分子交换动力学参数,根据DNMR理论的简化公式,变温条件下测量了表面活性剂分子的逸出速率常数(k~-),根据阿伦尼乌斯公式拟合得到了逸出活化能(E_a~-).结果显示14-s-14和12-s-12的逸出速率常数分别在10~1和10~3 s~(-1)数量级,逸出活化能分别为54.04～73.64 kJ/mol和33.42～47.09 kJ/mol.随着联结基团长度的增大,14-s-14和12-s-12的逸出速率常数增大,逸出活化能减小.结合荧光探针实验测量微极性的结果,揭示了双子表面活性剂分子从胶束中逸出时经历了构象变化,支持了双子表面活性剂的两步分子交换机制.     

载流子分布对GaN基LED频率特性的影响（英文）

分别在直流偏置和交流偏置下,对大功率GaN基LED的电学和光学特性进行了研究。结果显示,通过改变靠近p型层的量子垒(也就是最后一个量子垒)中的In组分可以调控有源区中的载流子分布。有源区内积累的电子会引起负电容效应。而通过降低有源区量子垒的势垒高度,可以改善LED中载流子传输特性,并实现载流子复合速率及通信调制带宽20%的提高。这个工作将有助于理解GaN基LED中载流子分布对频率特性的影响,并为设计适用于可见光通信的大功率高速LED奠定基础。