电沉积Co掺杂ZnO薄膜的光致发光及磁性研究

在ITO衬底上电沉积了Co掺杂ZnO薄膜.X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)结果表明Co掺杂并没有改变ZnO的六角纤锌矿结构,但可以在一定程度上改变晶体的形貌.室温光致发光光谱(PL)结果表明Co掺杂导致薄膜的带隙变窄.磁性测试结果表明,10; Co掺杂样品室温下呈现顺磁性,而5;Co掺杂样品在室温下呈现铁磁性,我们认为其铁磁性是由Co掺杂引起的缺陷导致的.     

超声喷雾热解法制备稀磁掺杂ZnO薄膜的研究

近年来,基于ZnO稀磁半导体在自旋电子器件方面的潜在应用价值,过渡金属掺杂的ZnO材料被广泛研究.但由于p型ZnO材料的制备非常困难,获得具有室温以上居里温度的Mn掺杂p型ZnO基稀磁半导体仍然是个难题.在N-In共掺杂成功实现ZnO薄膜p型掺杂的前期研究基础上,本研究采用超声喷雾热解(USP)法在Si基底上制备了Zn1-x,MnxO系列薄膜样品.X射线衍射表明所有ZnO薄膜样品都具有纤锌矿结构,没有发现其他物相的衍射峰存在.薄膜形貌研究发现,样品中的颗粒分布均匀.磁性测量表明N-Mn-In掺杂的样品显示出室温铁磁性.对N-Mn共掺杂和N-Mn-In掺杂的样品进行热处理后,发现薄膜的铁磁性能与薄膜中的空穴载流子具有直接的关联,这一现象与Mn掺杂的p型ZnO会显示室温铁磁性的理论预测是一致的,并用束缚磁性极化子模型解释了ZnO薄膜的铁磁性来源.     

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.     

衬底温度对磁控溅射法制备掺Ta氧化锌薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法,在不同的衬底温度下制备了钽(Ta)掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜,采用X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度计和光致发光(PL)光谱研究了衬底温度对制备的Ta掺杂ZnO薄膜的组分、微观结构、形貌和光学特性的影响.EDS的检测结果表明,Ta元素成功掺入到了ZnO薄膜;XRD图谱表明,掺入的Ta杂质是替代式杂质,没有破坏ZnO的六方晶格结构,随着衬底温度的升高,(002)衍射峰的强度先增大后降低,在400℃时达到最大;SEM测试表明当衬底温度较高时(400℃和500℃),Ta掺杂ZnO薄膜的晶粒明显变大;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,Ta掺杂ZnO薄膜的平均透光率均高于80;,衬底不加热时制备的Ta掺杂ZnO的透光率最高;制备的Ta掺杂ZnO薄膜的禁带宽度范围为3.34~3.37eV,衬底温度为500℃时制备的Ta掺杂ZnO薄膜的禁带宽度最小,为3.34eV.PL光谱表明衬底温度为500℃时制备的Ta掺杂ZnO薄膜中缺陷较多,这也是造成薄膜禁带宽度变小的原因.     

Co掺杂浓度对ZnO纳米棒结构和光学性能影响研究

采用水热法以不同浓度Co掺杂合成了具有六方纤锌矿结构的ZnO纳米粉体,通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱、X射线光电子光能谱分析法(XPS)、(光致发光)PL谱等分别对样品的形貌、结构、光学性能进行了测试和表征.结果 表明:随着Co掺杂浓度的增大,纤锌矿ZnO的晶体结构没有改变,且Co以二价离子Co2+的形式掺杂进入ZnO晶格;同时花状ZnO纳米棒的均匀性变差,不同浓度Co掺杂ZnO纳米棒中均出现了少量且尺寸较小的单根纳米棒.PL光谱显示:随着Co掺杂浓度增大,样品的紫外发光峰没有明显地变化,而可见发光峰的强度先减小再增大,说明样品的缺陷先降低再提高.当Co掺杂的浓度为2.0;时,所制备的ZnO花状纳米棒可见发光峰相对最低,其具有较小的缺陷.     

Co掺杂ZnO薄膜的湿化学法制备及其光致发光光谱

采用湿化学法在Si衬底上生长了纳米棒结构的Co掺杂ZnO薄膜,并研究了掺杂浓度对生成样品结构和性能的影响.研究表明这种湿化学法成本低廉、收益高、重复性良好.样品的XRD结果表明掺杂的ZnO没有出现杂相.SEM结果表明掺杂样品是由ZnO纳米棒团簇结构组成,且团簇的密度随着Co掺杂浓度的增大而增大.薄膜的光致发光光谱结果表明Co掺杂导致薄膜的带隙发生红移,同时也证明了Co原子有效地进入了ZnO晶格.     

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.     

Mg掺杂浓度对MgxZn1-xO薄膜结构和光学性能的影响

通过超声喷雾热解工艺在P型<100>Si衬底上制备了不同Mg掺杂浓度的纳米MgxZN1-xO薄膜.通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱的测试对不同Mg掺杂浓度下薄膜的表面形貌、成分、品体结构和光学性能进行了研究.SEM测试结果表明,低Mg掺杂浓度时,MgxZn1-xO表面平整致密,但随Mg浓度的增加,薄膜表而平整度降低.XRD测试结果表明在低浓度下MgxZn1-xO薄膜足ZnO的纤锌矿结构,而没有出现MgO的分相,ZnO的衍射峰峰强随Mg浓度的增加逐渐减弱.不同Mg掺杂浓度下的光致发光谱图均出现了近带边紫外发射峰和可见光发射峰,其中近带边紫外发射峰随掺杂浓度的增大出现了明显的蓝移.     

In掺杂量对ZnO薄膜微结构和光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和In掺杂ZnO薄膜,用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见分光光度计测试分析薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:In掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,但In的掺入抑制ZnO薄膜的结晶,使得薄膜的结晶度降低.In掺杂ZnO薄膜表面呈网络状结构,随着In掺杂量的增加,表面起伏程度减小,空隙减少,表面平整,致密度提高.In掺杂ZnO薄膜的光学带宽Eg值均小于未掺杂ZnO薄膜,且随In掺杂量的增加先增大后减小,并用Burstein-Moss效应和缺陷浓度变化对光学带宽变化进行了解释.     

铟镓共掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结生长行为和光电性能的影响

利用低温水热法在p-GaN薄膜上生长了铟(In)和镓(Ga)共掺杂的ZnO纳米棒。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能量色谱仪(EDS)结果表明,In和Ga已固溶到ZnO晶格中。扫描电子显微镜(SEM)结果表明, ZnO纳米棒具有良好的c轴取向性,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,纳米棒的直径减小,密度增加。XRD结果表明,In和Ga共掺杂引起ZnO晶格常数增大,导致(002)衍射峰向低角度方向偏移。同时,ZnO的光学性质受到In和Ga共掺杂的影响。与纯ZnO相比, 共掺杂ZnO纳米棒的紫外发射峰都出现轻微红移,这是表面共振和带隙重整效应综合作用的结果。I-V特性曲线表明,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结具有更好的导电性。