The first principle calculation of elemental-vacancy-assisted modifications on structural properties and optical responses of ZnO system

The structural properties and optical responses of ZnO_0.94 and Zn_0.94O systems as the possible models of ZnO system containing elemental defect states were studied using the plane-wave method within the generalized gradient approximation. The pristine ZnO system was used as the reference. The simulated XRD patterns showed the three highest intensity for (100), (002), and (101) orientations for all the systems. Compared to O vacancy, Zn vacancy mostly provided higher structure factor shifts of ZnO system. Moreover, the strongest local-symmetry distortion at ZnO₄ tetrahedra was implied in Zn_0.94O system. The optical responses showed that all the systems exhibited the optical dichroism based on the extinction coefficient spectra. Interestingly, Zn_0.94O system showed the lowest energy levels of absorption and high-reflectance edges. Additionally, the highest saturation threshold energy of the effective number of valence electrons was obtained for this system. The result emphasizes the importance of Zn vacancy in providing the significant effect on the optical responses of ZnO system.     

氧分压对Zn0.99Mn0.01O稀磁薄膜结构和磁学特性的影响

采用脉冲激光沉积技术在Al2O3衬底上制备了Mn掺杂的ZnO稀磁薄膜.通过不同氧压下所制备样品的微观结构、光学性质和铁磁特性分析,研究了氧分压对Zn0.99Mn0.01O稀磁薄膜微观结构和磁学特性的影响.结果表明,所沉积薄膜均具有良好的c轴择优取向.在氧分压为5 Pa时得到的(002)衍射峰半高宽最小,但薄膜的室温铁磁...     

ZAO透明导电纳米薄膜中Al元素分布对其性能的影响

主要对直流反应磁控溅射法制备ZAO纳米薄膜中Al元素的相对含量进行了分析,对其作了EDS,XRD测试,并研究了Al质量分数与ZAO薄膜的光、电性能的关系·得出ZAO薄膜中成分是均匀的,具有ZnO晶体结构;Al元素的掺杂没有形成新的化合物(Al2O3),Al对Zn的掺杂替换是提高ZAO薄膜导电性能的关键因素,对薄膜在可见光区的透射性影响不大·制备的薄膜最低电阻率为4 5×10-4Ω·cm,可见光透射率达到80%以上·     

Al和氧空位对ZnO:Co稀磁半导体磁性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Al共掺杂和氧空位缺陷对Co掺杂ZnO磁性质的影响,发现Al原子共掺杂引入的自由电子载流子会稳定体系的反铁磁性从而减弱Co原子间的铁磁性交换,而氧空位缺陷束缚的电子载流子对提高体系的铁磁性具有积极的作用.氧空位引入的电子载流子部分转移到Co原子和近邻Zn原子,形成以电子载流子为媒介的Co原子间的耦合作用,稳定体系的铁磁态,增强Co原子间的交换耦合作用.     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.     

Zn_(1-x)Co_xO的结构与光吸收对比研究

采用共沉淀法制备草酸盐前躯体,前躯体低温分解制备系列Zn1-xCoxO样品.利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及吸收光谱对样品的结构、表面形貌、Co离子所处的价态以及光学性能进行了表征和测试.研究结果表明:所有样品都呈无规则颗粒状,样品平均粒径随Co掺杂量的增加而变小;Co离子处于+2价态,在取代Zn位;样品的结构与光学特性存在一定联系,掺Co后晶粒尺寸明显的减少与Urbach能明显的增加有关,随Co含量x的增加晶格参数增大、Co2+的d-d吸收强度增加而带隙变窄,当Co的含量x>0.03时晶胞参数转而变小、d-d吸收强度增加缓慢.通过结构与吸收的比较分析,认为掺Co样品的晶格相对于纯的ZnO膨胀可能是由于Co2+的等电子杂质效应引起晶格扭曲使晶体的无序度及缺陷密度增大造成的,x>0.03时一部分Co2+离开其四配体位产生聚集可能是造成晶胞参数下跌、d-d吸收强度变化缓慢的原因.     

La掺杂ZnO的电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建了Zn1-xLaxO（x = 0,0.0625,0.125）三种超胞模型。结构优化后,对La掺杂前后体系的态密度、布居值和光学性质进行计算分析。结果表明,随着La掺杂量的增加,掺杂体系的体积增加,形成能减少,共价性降低,体系稳定性增强。与未掺杂ZnO相比,La掺杂后引起可见光区的吸收边发生蓝移。体系的介电函数虚部和光吸收系数在低能区出现新的峰值。在高能区的吸收峰出现红移且峰值强度减弱。能量损失峰向低能方向移动,掺杂体系的能量损失明显减少。     

压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论下的平面波超软赝势方法,计算了蓝宝石在三种结构相(Corundum相、Rh2O3(II)相、CaIrO3相)下的晶格参数随压力变化的关系,并得出了不同压力下的晶格常数间的比值。同时还计算了在131.2 GPa压力下不同点空位缺陷(VO+1、VO+2、VAl-1、VAl-2、VAl-3)对80个原子的超原胞AL2O3(CaIrO3相)晶体参数影响。最后为了进一步分析蓝宝石的电子结构,本文还计算了131.2 GPa压力下的AL2O3(CaIrO3相)下的理想晶体和含+2价氧空位时的总和分态密度,并将二者作了对比,结果表明+2价氧空位存在时有电子缺陷态出现。     

Enhancement of magnetism of Zn0.95Co0.05O films by p-type Cu+ doping

Organic solar cells withμ-oxo-bridged gallium phthalocyanine dimer(GaPc dimer) and fullerene were produced by an evaporation method.A device based on the GaPc dimer provided a conversion efficiency of 4.2×10~(-3)%,which is better compared to a device based on phthalocyanine monomer.Dimerization effect was discussed with a molecular orbital calculation,and the crystalline phases of the present solar cells were investigated by X-ray diffraction.Further improvement of the efficiency was discussed on the bas...     

铝掺杂氧化锌薄膜的光学性能及其微结构研究

以氧化铝(Al2O3)掺杂的氧化锌(Zn O)陶瓷靶作为溅射靶材,采用射频磁控溅射工艺在玻璃基片上制备了具有c轴择优取向的铝掺杂氧化锌(Zn O:Al)薄膜样品.通过可见-紫外光分光光度计和X射线衍射仪的测试表征,研究了生长温度对薄膜光学性能及其微结构的影响.实验结果表明:薄膜性能和微观结构与生长温度密切相关.随着生长温度的升高,样品的可见光平均透过率、(002)择优取向程度和晶粒尺寸均呈非单调变化,生长温度为640 K的样品具有最好的透光性能和晶体质量.同时薄膜样品的折射率均表现为正常色散特性,其光学能隙随生长温度升高而单调增大.与未掺杂Zn O块材的能隙相比,所有Zn O:Al薄膜样品的直接光学能隙均变宽.     

Enhanced deposition of ZnO films by Li doping using radio frequency reactive magnetron sputtering

Radio frequency (RF) reactive magnetron sputtering was utilized to deposit Li-doped and undoped zinc oxide (ZnO) films on silicon wafers. Various Ar/O₂ gas ratios by volume and sputtering powers were selected for each deposition process. The results demonstrate that the enhanced ZnO films are obtained via Li doping. The average deposition rate for doped ZnO films is twice more than that of the undoped films. Both atomic force microscopy and scanning electron microscopy studies indicate that Li doping significantly contributes to the higher degree of crystallinity of wurtzite–ZnO. X-ray diffraction analysis demonstrates that Li doping promotes the (002) preferential orientation in Li-doped ZnO films. However, an increase in the ZnO lattice constant, broadening of the (002) peak and a decrease in the peak integral area are observed in some Li-doped samples, especially as the form of Li₂O. This implies that doping with Li expands the crystal structure and thus induces the additional strain in the crystal lattice. The oriented-growth Li-doped ZnO will make significant applications in future surface acoustic wave devices.     

Sb掺杂对电纺ZnO纳米纤维的结构与发光性质的影响

Sb掺杂ZnO纳米纤维材料在光电、气敏效应、P型导电等方面具有优异的性质。本文利用静电纺丝方法制备了不同Sb掺杂浓度的ZnO纳米纤维,研究了掺杂对纤维的形貌、结构以及发光性质的影响。发现随着掺杂浓度的提高,纤维的直径增加,晶粒尺寸变大。XRD和Raman的测量表明在掺杂浓度较高的情况下有杂相Zn,Sb2O12的存在。发光测试研究表明,随着掺杂浓度的提高,样品的发光呈现先增强后减弱的变化规律,并且样品发光伴随较强的激光热效应,对于未掺杂样品,由于其直径最小激光的热效应最为显著。     

Co掺杂ZnO薄膜的结构及光磁性能研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Zn1-xCoxO(x=0,0.01,0.03,0.05,0.08,0.12)薄膜.利用显微镜和X射线衍射(XRD)研究了ZnO:Co薄膜的表面形貌和微结构.结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,尤其是当掺杂浓度为12%时,薄膜c轴择优取向最为显著.振动样品磁强计(VSM)测量表明Zn1-xCoxO薄膜具有室温铁磁性.室温光致发光测量发现,所有样品的PL谱中都出现了较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发射,分析认为这主要是由于Co元素的掺入改变了薄膜的禁带宽度、锌填隙缺陷和氧位错缺陷浓度,其中长波长的蓝光峰和绿光峰都能够通过掺杂进行控制.基于上面的测量结果,探讨了不同波段光发射的机理与掺杂状态之间的关系.     

氧化锌透明导电膜的光电性能研究

采用磁控溅射法在载玻片上制备出Al3 掺杂型ZnO透明导电薄膜.对不同厚度薄膜的光电性能进行了研究.结果表明,所制备的薄膜随着厚度的增加,透过率略有下降;ZnO薄膜在可见光区的吸光度很小,对可见光几乎不吸收.     

以锌粉为前驱物合成纯ZnO纳米粉体材料

过去人们主要是以锌基化合物为前驱物，通过湿化学方法来大量合成纯氧化锌（ZnO）纳米粉体，这不仅使得制备成本增加，也会导致目标产物里面不可避免地含有杂质元素。在本研究中，我们以锌粉为前驱物，通过锌粉和水蒸汽在一定温度下直接反应，便大量、低廉地制备得到氧化锌纳米粉体。以XRD、SEM、EDX和Uv—vis等对获得的样品进行表征，结果表明所制得的氧化锌粉体为六方相纳米结构，不含杂质元素，在紫外光照射下具有很强的吸光度。我们所制得的ZnO纳米粉体作为一种好的光催化剂，在环境治理方面具有广阔的应用前帚。     

Cu2ZnSnS4/Zn(O,S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真研究

Zn(O,S)具有带隙宽、原料丰富且环保的优点,是一种很有潜力的CdS替代缓冲层。本文采用Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS)软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO 结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响。结果表明：当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10₁₇ cm_-3时,电池的转换效率可达14.90％,温度系数为-0.021%/K。仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳能电池提供了一定的指导。     

Ag掺杂ZnO纳米晶的发光特性

以Zn(NO3)3.6 H2O,AgNO3为原料,明胶为模板分散剂,采用凝胶模板燃烧法制备纯ZnO和ZnO∶Ag纳米晶,利用XRD,SEM,TEM和PL谱对样品的结构和性能进行了研究.结果表明∶掺杂前后产物粒子形状均为球形,结晶良好,属六方晶系结构且无杂相;Ag占据部分Zn格位或填隙位进入ZnO晶格,掺入量约为1%(摩尔分数);纯ZnO平均粒径约为40 nm,掺杂样品的平均粒径约为45 nm,Ag掺杂轻微地影响ZnO晶粒生长.PL谱显示Ag掺杂能够调整ZnO纳米晶的能带结构?提高表面态含量,进而使得ZnO:Ag纳米晶的可见发光能力显著增强.     

Cu/Al共掺ZnO光学性质的第一性原理计算

利用Material Studio2017软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块,仿真建立2×2×2的ZnO超晶胞,在相同情况下用不同比例的Cu/Al(Cu-Al、2Cu-Al和Cu-2Al)替换超晶胞中的Zn原子,得到Zn_1－x－yCu_xAl_yO体系,对本征ZnO和各掺杂体系ZnO的电子结构和光学性质进行了第一性原理计算.结果表明:上述各掺杂体系在低能区的光吸收均发生红移,体系为简并半导体.可针对ZnO的不同用途,通过控制Cu/Al掺杂比来提高该体系在可见光范围内的光吸收或光透射.在可见光范围内,Zn_{0.812 5}Cu_0.125Al_{0.062 5}O体系的光吸收最强,可用于制作太阳能电池板的光电极材料等;Zn_{0.812 5}Cu_{0.062 5}Al_0.125O体系的透光率高,可用于制作高透光ZnO半导体薄膜.     

壳聚糖/ZnO复合材料制备及表征

通过在壳聚糖(CS)溶液中掺入乙酸锌制备了Zn2+/CS复合膜,采用化学溶液沉积法,在Zn2+/CS复合膜上生长氧化锌(ZnO),并通过改变生长液的组成成分寻找其最简单、优化的试验方案.通过UV-Vis、XRD和SEM表征,对样品进行分析研究.结果表明,在Zn(NO)3.6H2 O和NaOH组成的化学溶液环境中,Zn2+/CS复合膜中的ZnO最易生长,在Zn2+/CS复合膜的表面首先形成了一层ZnO粒子膜,然后ZnO粒子长大成六角纤锌结构、没有明显的择优取向的ZnO棒.光学性能测试显示ZnO/壳聚糖复合材料具有良好的光致发光性能.电阻率的测定表明ZnO/壳聚糖复合材料是一种防静电材料.     

Study on ZnO:Al (ZAO) films by DC reaction magnetron sputtering

The high quality ZnO: A1 films were successfully produced by DC reaction magnetron sputtering technology. The Al-doping effect on electrical and optical properties and its scattering mechanism are discussed in detail. The analyses of X-ray diffractometer (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and high resolution Auger electron spectroscopy (AES) show that Al2O3 could be effectively removed by controlling oxygen flow and Al-doping concentration during deposition of ZnO: Al films. Zn, Al and oxygen elements are well distributed through the films. For highly degenerated ZnO:A1 semi-conductive thin films, the theoretical and experimental results reveal that the ionized impurity. scattering dominates the Hall mobility in the films in the low-temperature range, while the lattice vibration scattering becomes a major scattering mechanism in the high-temperature range. The grain boundary scattering only plays a major role in the ZAO films with small grain size (as compared to the electron mean free path). The photoelectric properties of ZAO films show that it has low resistivity ( ～ 5 × 10-4 Ωcm), and the transmittance in visible range and the reflectance in IR region are above 80% and 60%, respectively.