溶胶-凝胶法制备纳米ZnO薄膜光致发光特性研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)旋涂法在Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,利用X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)等手段分析所得ZnO薄膜的晶体结构和发光特性。着重研究了ZnO薄膜发光特性,结果表明,ZnO薄膜在室温下均有较强的紫外带边发射峰,与缺陷有关的可见发射带很弱。在低温下,PL谱主要有290nm、335nm、370nm三个发射峰组成,且三峰随温度降低变化规律一致,可能来自自由激子声子伴线。     

溅射气压对ZnO薄膜生长、发光性能和结构的影响

沉积缺陷少、晶粒高度c轴择优生长的ZnO薄膜是制备短波发光器件和压电谐振传感器的关键问题之一.以ZnO为靶材,采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备纳米ZnO薄膜,实现了室温下强的紫外受激发射和弱的深能级发射.通过对薄膜表面形貌的观测, 以及对X射线衍射(XRD)谱和室温光致发光(PL)谱的分析,研究了不同溅射气压对ZnO薄膜生长、结构和发光性能的影响.结果显示溅射气压在1.9 Pa-3.5 Pa之间,晶粒直径先增大后减小,在2.6 Pa时晶粒生长到最大;在3.2 Pa时薄膜单一取向性最优,以此推断最佳的溅射气压在2.6 Pa-3.2 Pa之间.实验在玻璃衬底上制备出了XRD衍射峰半高宽仅为0.12°的、高度c轴择优生长的ZnO薄膜.     

射频反应溅射制备的ZnO薄膜的结构和发光特性

用射频反应溅射在硅(100)衬底上生长了c轴择优取向的ZnO薄膜, 用X射线衍射仪、荧光分光光度计和X射线光电子能谱仪对样品进行了表征, 分析研究了溅射功率、衬底温度对样品的结构和发光特性的影响. 结果表明, 溅射功率100 W, 衬底温度300 ~ 400℃时, 适合c轴择优取向和应力小的ZnO薄膜的生长. 在样品的室温光致发光谱中观察到了380 nm的紫外激子峰和峰位在430 nm附近的蓝光带, 并对蓝光带的起源进行了初步探讨.     

溶胶凝胶法制备ZnO薄膜及性质研究

以二水醋酸锌为原料,使用溶胶凝胶法在(100)Si衬底上旋转涂敷得到ZnO薄膜.采用傅立叶变换红外光谱和X射线衍射(XRD)分析经N2、空气、O2不同气氛400℃退火ZnO薄膜的成分和结构差异.使用XRD、原子力显微镜和光致发光手段重点研究了N2气氛条件下,ZnO薄膜结构与发光特性随退火温度的变化规律,发现400℃下退火更适于干凝胶薄膜经历结构弛豫,生成具有(002)择优取向、性质优良的纳米晶ZnO薄膜.计算该样品的晶粒尺寸为41.6 nm,晶格常数a=0.325 3 nm,c=0.521 nm,其PL光谱出现495 nm附近强的绿光发射峰,可能源于ZnO纳米晶粒表面缺陷氧空位(Vo).随着退火温度升高,ZnO生成量减少、晶粒体表面积比(S/V)减小共同作用导致绿光峰强度变弱.     

Au表面等离激元增强ZnO微米碟紫外发光研究

利用简单气相传输法制备ZnO微米碟,通过在其表面溅射一层Au纳米粒子,构建Au与ZnO的复合结构,详细探讨ZnO微米碟的紫外发光增强性能及Au表面等离激元与ZnO激子的耦合过程和耦合机制.研究结果表明,溅射Au纳米颗粒使室温下生长的ZnO微米碟的紫外发光增强了近10倍;Au与ZnO的复合结构中存在ZnO近带边发光增强和缺陷发光被抑制的2个物理过程;在Au与ZnO的耦合过程中,能量耦合与电子转移共同存在.     

退火温度对N掺杂MgZnO薄膜光电性能的影响

采用射频磁控溅射技术, 用氮气作为掺杂源, 在石英基片上生长N掺杂Mg_xZn_1-xO薄膜, 并将薄膜分别在550,600,650,700 ℃真空中进行热退火处理. 结果表明: 晶体质量随退火温度的升高而提高; 薄膜中Mg和Zn的原子比发生了变化; Raman光谱中位于272,642 cm^-1处的振动峰逐渐消失; 室温光致发光光谱中薄膜的紫外激子发射峰变强, 且发生峰移; 随着退火温度的升高, 薄膜的导电类型发生转变, 当退火温度为600 ℃时, 薄膜呈最佳的p型导电性质.     

磁控溅射制备ZnO:Ag薄膜及其室温光致发光特性

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出含Ag量不同的Ag掺杂ZnO:Ag薄膜,利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪及荧光分光光度汁研究了不同Ag掺杂量对ZnO薄膜结构及荧光发射谱的影响.在室温下测量了样品的光致发光谱,所有样品都出现了446nm左右的蓝色发光峰,在掺杂以后的样品中观察到波长位于368 nm左右的较强紫外发射.结合x射线衍射仪、光电子能谱仪等的测量结果,分析认为,样品紫外光发射的显著增强源于Ag掺杂以后在晶粒间界形成的大量激子,而蓝光的发射来源于Zn空位.     

Zn基ZnO纳米棒阵列的制备和发光特性

N2H4.H2O水热体系中,在Zn基底上制备出了ZnO纳米棒薄膜。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)及发致发光谱(PL)等分析测试手段,研究了ZnO薄膜的形貌结构和发光特性。结果表明,预处理工艺不同,Zn基底表面状态不同,ZnO薄膜形貌也不同。在经预氧化形核的Zn基底上易于制备ZnO纳米棒薄膜。在单一取向的Zn基面上,易于制备ZnO纳米棒阵列。PL测试分析表明,ZnO纳米棒有强的近带边紫外光发射峰和弱的缺陷发射峰。阵列棒本征发射峰强度最高、缺陷峰最弱,反映了该ZnO纳米棒结晶质量高。     

射频溅射功率密度对Ga:ZnO透明导电薄膜性能的影响

室温下利用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了掺Ga氧化锌(Ga:ZnO)多晶透明导电薄膜.通过改变磁控溅射生长过程中的溅射功率密度和靶基距,研究了多晶薄膜的透明导电性能与生长参数的相互影响关系.研究结果表明:当溅射时间相同时,随溅射功率密度的增加和靶基距的减小,Ga:ZnO薄膜的厚度增加,从而导致了薄膜导电率升高;当溅射功率密度为5.3W/cm2、靶基距为5cm时,Ga:ZnO薄膜的最小电阻率达到3.1×10-4Ω·cm.透光率测试结果表明:当溅射功率密度增加时,Ga:ZnO薄膜中紫外光学吸收发生了红移;增加溅射功率密度会造成薄膜中掺杂缺陷密度增加,产生禁带之间Urbach带尾能级吸收效应;GaZnO薄膜在可见光范围中的平均透光率大于80%.     

氧氩流量比对氧化铋纳米薄膜微结构及光电性能的影响研究

为了制备出不同光电性能的氧化铋薄膜,并明晰其性能机理,以便后续研究与氧化锌薄膜复合成压敏薄膜.采用磁控溅射法,改变溅射气氛中氧气和氩气的流量比,在玻璃衬底上制备出了三个氧化铋薄膜样品,并对其微观形貌、结构及光电性能进行了测试分析.结果表明:溅射气氛中的氧氩流量比对薄膜微结构及光电性能影响显著;不同氧氩流量比制备的Bi2 O3薄膜中均含BiO2和Bi杂相,且随着氧氩流量比由0:40增大至4:36,薄膜中Bi含量减少,BiO2增加;薄膜颜色由黑变黄;沉积速率由14 nm/min减少至12 nm/min;晶粒尺寸增大,表面趋向致密均匀,可见光区透过率由0.25％增加到56.73％;禁带宽度由0增加到3.17 eV;载流子浓度、导电性能急剧降低,调节溅射气氛中氧氩流量比可有效控制氧化铋薄膜的禁带宽度,载流子浓度等,从而获得不同光电性能的薄膜样品.     

室温溅射沉积ZnO:Al薄膜的工艺

ZnO:Al薄膜是一种N型宽带隙半导体材料,由于其大的载流子浓度和光学禁带宽度而表现出优良的光电特性.采用射频磁控溅射工艺,在室温下用氧化锌铝陶瓷靶(3wt%Al2O3)溅射沉积透明导电ZnO:Al薄膜,研究了各工艺参数,如氧流量、工作气压和射频功率对其光电特性的影响.实验结果表明:通氧量与靶材中含氧比例存在紧密联系,本实验在氧流量为0 sccm,射频功率400 W,Ar气为0.7 Pa,溅射时间为2.5 h的条件下,制备的ZAO薄膜最小方块电阻为65Ω/□,薄膜表面略显黄色.     

基片温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用对靶直流反应磁控溅射方法,在不同温度的Si (100)基片上制备了一系列的ZnO薄膜.利用X射线衍射仪和荧光分光分度计对ZnO薄膜的结构和发光性能进行了研究.结果表明:所有的ZnO薄膜都具有六角纤锌矿结构,且都表现出了(002)织构.随基片温度增加,ZnO薄膜结晶质量提高,其颗粒尺寸单调增加,并且薄膜应力状态发生改变,由压应力转变为拉应力.同时光致发光谱实验结果表明:室温沉积的ZnO薄膜出现了365 nm和389 nm的紫外双峰,并且出现了弱的蓝光发射带.随着基片温度升高到350℃,365 nm附近的紫外峰红移到373 nm,并且强度增强,而389 nm处的紫外峰强度明显减弱.当基片温度增加到500℃时,373 nm的发光峰强度减弱并蓝移到366 nm处,蓝光带强度减弱并红移到430 nm～475 nm处,并且出现了396 nm的近紫峰.     

掺杂量对ZnO∶Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法——先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.     

掺杂量对ZnO:Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法--先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.     

H2对Al-Si-GNP共掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

以玻璃为基底,采用射频磁控溅射法制备了Al_2O_3、SiO_2、氧化石墨烯(GNP)共掺杂氧化锌(GASZO)透明导电薄膜.考察了在Ar(流量不变)中H_2流量对薄膜制备的影响.采用X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等对薄膜形貌、结构进行了表征.结果表明薄膜晶相为纤锌矿结构、呈c轴择优取向; Scherrer公式计算发现增加H_2量,可以减小薄膜的平均晶粒尺寸; H_2流量对薄膜内应力影响较大.此外,还采用四探针测试仪、紫外—可见分光光度计(UV-Vis)等对薄膜的光电性能进行了表征.当Ar流量为70 sccm、H_2占溅射气氛1. 00%时,薄膜具有最低电阻率7. 746×10~(-4)Ω·cm;适量的H_2流量可以提高玻璃在近紫外区的透过率;镀膜后样品在可见光区的平均透过率为90%左右.     

氧浓度对MS法制备的ZnO:Sb薄膜的光学性能影响

在玻璃衬底上以Zn-Sb合金靶为靶材,采用射频反应磁控溅射法制备出具有良好C轴取向的ZnO:Sb薄膜.用X射线衍射仪、分光光度计和荧光发光光度计等测试手段分析了Sb掺杂ZnO薄膜的晶体结构和光学性质.薄膜在N2气中550 ℃退火后的X射线衍射谱表明: Sb掺杂ZnO薄膜主要沿ZnO的(002)方向生长,没有检测到其它杂质相的生成.退火前,薄膜的光学带隙随氧浓度的增大而增大,退火后薄膜光学带隙减少.薄膜的室温光致发光谱中有较强的蓝光发射峰,并对蓝光的发射机理作了分析:蓝光(487 nm左右)的发射与锌填隙(Zni)和锌空位(VZn)缺陷能级有关,还与Sb3+离子提供了相应的蓝光中心有关;蓝光峰(436 nm左右)的发射与锌填隙缺陷能级和氧空位(VO)形成的浅施主能级有关,这些蓝光峰的出现对于开发出单色蓝光发光器件有重要意义.     

掺铝氧化锌(AZO)薄膜制备及结合机理探索

利用射频磁控溅射法以ZnO:Al2O3陶瓷靶材为源在丙纶非织造布上制备了AZO薄膜.采用扫描电镜(SEM)分析溅射时间对薄膜微结构的影响.结合能谱分析仪(EDX)对薄膜成分进行分析表征.分析探讨了在丙纶非织造布上溅射沉积纳米薄膜与基材的结合机理.结果表明:随着溅射时间的延长,薄膜的均匀性致密性越来越好;溅射得到的纳米薄膜元素的特征峰明显,纯度高;薄膜与基材之问结合是物理、化学等多种力共同作用的结果.     

氮气流量对氮化碳薄膜场致发射特性的影响

采用直流磁控溅射的方法,以镀Ti瓷片为衬底,改变N\-2和Ar的流量比,在衬底温度为400℃条件下制备了氮化碳薄膜,并对其场致发射特性进行研究,样品的开启电压为2.67V/μm,最大电流密度为17.31μA/cm2,比在同一系统制备的碳膜和用阴极电弧技术制备的氮化碳薄膜有更好的场发射特性.结果表明溅射气体中氮气含量对氮化碳薄膜的场发射特性有较大的影响.     

ZnO∶Ga和ZnO∶Co纳米结构双光子荧光特性

利用化学气相沉淀法(CVD),以Au为催化剂,在硅片衬底上制备出了纯ZnO与Ga掺杂ZnO和Co掺杂ZnO的纳米结构产物.对产物进行了物相分析与微观表征,并研究了双光子荧光特性.结果表明:样品均体现了较好的双光子光致发光性能;与纯ZnO纳米棒相比,Ga掺杂ZnO纳米棒在385nm波长处具有很强的紫外发射峰,在520nm波长处具有较强的绿光发射峰;Co掺杂ZnO纳米片在540nm波长处具有很强的绿光发射峰,在385nm波长处具有非常弱的紫外发射峰,且可见光发射强度增高.     

不同的氧氩比对ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法在硅衬底上沉积C轴择优取向的ZnO晶体薄膜,在其他反应条件不变的情况下,改变氩氧比,测量了样品的晶体结构和导电性能.随着反应气氛中氩气含量的增加,(002)面衍射峰的强度有所提高,说明薄膜的结晶质量有所改善,衍射峰略向θ角减小的方向移动.随着反应气氛中氩气含量的增多、氧气含量的减少,ZnO薄膜的方块电阻明显减小,说明薄膜的电阻率随反应气氛中氩气的增加而明显减小.