ZnO薄膜制备及其发光特性研究

用射频磁控反应溅射法分别在未加热和加热的石英玻璃衬底上制备ZnO薄膜，在不同温度下进行退火处理，研究衬底温度、退火条件对其结构和发光性能的影响。通过对样品的X射线衍射（XRD）、吸收光谱和光致发光（PL）光谱的测量结果表明，衬底温度为230℃、退火温度为400℃时样品结晶性能最佳，并具有最强的紫外光发射（380nm）。     

ZnO薄膜材料的发光特性

回顾了最近几年对ZnO薄膜材料发光特性的研究进展，介绍了用不同方法制备ZnO薄膜的自发辐射和受激辐射发光特性。     

自催化方式制备ZnO纳米线及光致发光特性

采用化学气相沉积法,不用催化剂,在Si(111)基片上制备了ZnO纳米线。扫描电子显微镜(SEM)表征发现ZnO纳米线的直径在100nm左右。X射线衍射(XRD)图谱上只存在ZnO的(002)衍射峰。室温下光致发光谱(PL)中出现了389nm和357nm的紫外峰以及五个蓝光峰(450,468,474,481和491nm)。389nm峰为自由激子复合发射357nm峰是在LO声子的参与下,自由载流子碰撞形成自由激子过程的发光行为;468nm峰系电子从氧空位形成的浅施主能级向价带跃迁发光;450nm峰系电子从导带向锌空位形成的浅受主能级跃迁发光;474,481和491nm峰是声子伴线。     

ZnO纳米棒水热法制备及其发光特性研究

采用氢氧化钾(KOH)和二水醋酸锌(Zn(CH3COO)2.2H2O)配制不同浓度的反应溶液,反应过程中加入表面活性剂聚乙二醇(HO(CH2CH2O)13H),在80℃水热反应条件下制备出了优异的ZnO纳米材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、荧光光谱仪等测试方法研究了样品的成分、表面形貌和微结构。SEM研究结果显示:样品沿c轴择优生长,径粒分布均匀,长径比高,为六方纤锌矿结构的ZnO纳米棒和菊花状ZnO纳米棒。光致发光谱性能分析显示样品在392 nm附近具有很强的紫外光发射能力,随着反应物浓度的增加,紫外峰发生约3 nm的蓝移,同时,样品还在绿光535 nm附近有较弱的光致发光现象。以上结果表明所制备的ZnO纳米材料具有优异的紫外光发射能力。     

四角状氧化锌纳米结构的发光特性研究

The tetrapod ZnO nanostructures are synthesized on the Si （100） substrates using the chemical va- por deposition （CVD） method at 1000 ℃. Each nanostructure has four arms which are about 3-10 μm in length and 0.2-1.5 μm in diameter. Further analyses on structure demonstrate that the tetrapod ZnO nanostructures have single crystalline wurtzite hexagonal structure preferentially oriented in c-axis. The photoluminescence （PL） mea- surements of the tetrapod ZnO nanostructures revealed a UV peak at 382 nm corresponding to the free exciton emission, and a green peak at 523 nm arising from deep level emission. For comparative analysis, cathodolumines- cence （CL） spectra obtained from different regions of an individual tetrapod are investigated. Moreover, a possible growth mechanism of the tetrapod ZnO nanostructures is also discussed based on the experimental results.     

NH3掺杂ZnO薄膜的生长及特性

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法,以NH3作为N元素的掺杂源,在蓝宝石衬底上生长了掺N的ZnO薄膜.利用X射线衍射、X射线光电子能谱、原子力显微镜、霍尔测量及先致荧光光谱等测试技术分析了薄膜的结晶性质、表面形貌、光电性质及掺杂元素N的价键特性.结果表明,NH3 的掺杂会影响ZnO薄膜的结晶特性,薄膜虽然仍是(002) 面择优取向生长,但同时也出现了ZnO的(100)及(101)面生长.在薄膜生长时N元素掺入到ZnO薄膜当中,并形成N-Zn、N-H、N-C键.C、H杂质的存在,使掺N ZnO薄膜表现为高阻,同时也影响了薄膜的光致发光特性.     

硅纳米管的水热法合成与表征

采用水热法成功合成了新型的硅纳米管一维纳米材料,并采用透射电子显微镜、选区电子衍射分析、能量色散光谱及高分辨透射电子显微镜对合成的硅纳米管进行了表征.研究表明硅纳米管是一种多壁纳米管,为立方金刚石结构,生长顶端呈半圆形的闭合结构,由内部为数纳米的中空结构,中部为晶面间距约0.31nm的晶体硅壁层,最外层为低于2nm的无定形二氧化硅等三部分组成.     

硅纳米管的水热法合成与表征

采用水热法成功合成了新型的硅纳米管一维纳米材料,并采用透射电子显微镜、选区电子衍射分析、能量色散光谱及高分辨透射电子显微镜对合成的硅纳米管进行了表征．研究表明硅纳米管是一种多壁纳米管,为立方金刚石结构,生长顶端呈半圆形的闭合结构,由内部为数纳米的中空结构,中部为晶面间距约0.31nm的晶体硅壁层,最外层为低于2nm的无定形二氧化硅等三部分组成．     

玻璃上热壁真空沉积生长CdTe薄膜的结构及光学特性

采用热壁真空沉积的方法,在清洁的玻璃衬底上生长了不同膜厚的CdTe薄膜,对其结构和薄膜的本征吸收光学特性进行了测量分析研究.XRD测试显示薄膜为多晶,具有标准的立方结构,沿(111)方向有明显的择优取向.晶格常数的计算值为0.649nm,与标准值符合得较好.用Cary 5000型双光束分光光度计测试了薄膜的反射谱和透射谱,显示在本征吸收区透过率随着膜厚的增加和波长的减小而减小.对测量的反射谱和透射谱采用较严格的数学处理,计算得到了描述薄膜宏观光学特性的重要物理量,即薄膜的吸收系数、消光系数、折射率等.用(hvα)2对hv作图,得出了薄膜厚度为0.12,0.48和0.81μm的光学能隙分别为1.54,1.48和1.46eV,证实了材料是直接带隙结构,且在本征吸收的可见光区有高的吸收系数.     

锥状ZnO纳米结构薄膜的制备及其场发射特性

以醋酸锌和氨水为原料,采用直接水热法制备锥形纳米ZnO。借助于XRD、SEM等测试手段,对锥状纳米ZnO薄膜的制备条件、场发射特性和稳定性进行分析研究。研究结果表明,水热法直接合成的锥状纳米ZnO具有良好的场发射特性,是场发射平板显示器阴极的理想材料。     

纳米晶ZnO:Dy3+粉体的制备和发光性质

通过固相反应法制备了ZnO:Dy3 纳米粉末,样品的X射线衍射、透射电镜和选区电子衍射证实了ZnO:Dy3 纳米粉末属于六方纤锌矿多晶结构.研究了光致发光谱与激发波长和掺杂离子浓度的依赖关系.结果表明,从ZnO:Dy3 纳米粉末的光致发光光谱中首次发现除了Dy3 的4f→4f跃迁外,出现了Dy掺入ZnO后产生的两个缺陷A和B的宽谱带发射峰,峰值分别在600和760nm,半高宽分别约为200和100nm.在ZnO的激子激发下(385nm),峰值760nm的发光强度远远大于峰值在600nm的发光强度.样品的发射光谱中峰值的相对强度变化依赖于激发波长和Dy3 的掺杂浓度.当在Dy3 4f→4f激发下(454nm),光谱中只有Dy3 的4f态间的特征发射,而缺陷A,B不发光.     

纳米晶ZnO:Dy3+粉体的制备和发光性质

通过固相反应法制备了ZnO:Dy3+纳米粉末,样品的X射线衍射、透射电镜和选区电子衍射证实了ZnO:Dy3+纳米粉末属于六方纤锌矿多晶结构.研究了光致发光谱与激发波长和掺杂离子浓度的依赖关系.结果表明,从ZnO:Dy3+纳米粉末的光致发光光谱中首次发现除了Dy3+的4f→4f跃迁外,出现了Dy掺入ZnO后产生的两个缺陷A和B的宽谱带发射峰,峰值分别在600和760nm,半高宽分别约为200和100nm.在ZnO的激子激发下(385nm),峰值760nm的发光强度远远大于峰值在600nm的发光强度.样品的发射光谱中峰值的相对强度变化依赖于激发波长和Dy3+的掺杂浓度.当在Dy3+4f→4f激发下(454nm),光谱中只有Dy3+的4f态间的特征发射,而缺陷A,B不发光.     

Nanoporous characteristics of sol-gel-derived ZnO thin film

Sol-gel-derived nanoporous ZnO film has been successfully deposited on glass substrate at 200℃ and subsequently annealed at different temperatures of 300, 400 and 600℃. Atomic force micrographs demonstrated that the film was crack-free, and that granular nanoparticles were homogenously distributed on the film surface. The average grain size of the nanoparticles and RMS roughness of the scanned surface area was 10 nm and 13.6 nm, respectively, which is due to the high porosity of the film. Photoluminescence (PL) spectra of the nanoporous ZnO film at room temperature show a diffused band, which might be due to an increased amount of oxygen vacancies on the lattice surface. The observed results of the nanoporous ZnO film indicates a promising application in the development of electrochemical biosensors due to the porosity of film enhancing the higher loading of bio-macromolecules (enzyme and proteins).     

AZO种子层朝向对ZnO纳米棒形貌和发光特性的影响

在水平管式炉中,采用热蒸发锌粉的方法,在镀有掺铝氧化锌(AZO)薄膜的石英基片上制备了大量高密度的ZnO纳米棒,AZO膜面分别正对和背对锌源。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及荧光光谱仪分析AZO膜面朝向对ZnO纳米棒的形貌、微结构及光学性能的影响。结果表明,不同朝向的AZO膜面上所生长的纳米棒具有相似的形貌和微结构。保温时间10min样品的氧空位的缺陷态发光为绿光,强度较强;保温时间15min样品的纳米棒长度较长、相对垂直衬底,其近带边发光较强,氧间隙的缺陷态发光较弱。正对锌源衬底上且保温时间15min样品的近带边发光最强,且缺陷态发光最弱。     

水浴法制备形貌可控的一维ZnO纳米和微米棒

用一步或两步简单的化学溶液法,以醋酸锌为原料,六亚甲基四胺或三乙醇胺为催化剂在玻璃衬底上生长出不同形貌的纳米和微米ZnO棒.探讨了反应液的酸碱度和反应液浓度对生成的ZnO棒形貌的影响,并分析了其生长机制.随着溶液浓度的增加,棒的长度与直径比减小,同时玻璃衬底上生长的ZnO棒从无序分布趋于垂直于衬底平行取向分布.随着pH值的改变,棒的形状由在弱酸性溶液中的细长棒状变为在弱碱性溶液中的圆头对称短棒;当碱性增大到一定程度时,可以生成颗粒状.通过控制一定的酸碱度和溶液浓度,可以得到规则的六角ZnO棒状阵列.测量了样品的XRD和扫描电镜像,并对其发光性能进行了测量分析.其中规则有序六角棒的发光光谱表明峰值在530nm,半高宽为220nm,可能是Vo 的电子和价带中的空穴辐射复合所致.     

水浴法制备形貌可控的一维ZnO纳米和微米棒

用一步或两步简单的化学溶液法,以醋酸锌为原料,六亚甲基四胺或三乙醇胺为催化剂在玻璃衬底上生长出不同形貌的纳米和微米ZnO棒.探讨了反应液的酸碱度和反应液浓度对生成的ZnO棒形貌的影响,并分析了其生长机制.随着溶液浓度的增加,棒的长度与直径比减小,同时玻璃衬底上生长的ZnO棒从无序分布趋于垂直于衬底平行取向分布.随着pH值的改变,棒的形状由在弱酸性溶液中的细长棒状变为在弱碱性溶液中的圆头对称短棒;当碱性增大到一定程度时,可以生成颗粒状.通过控制一定的酸碱度和溶液浓度,可以得到规则的六角ZnO棒状阵列.测量了样品的XRD和扫描电镜像,并对其发光性能进行了测量分析.其中规则有序六角棒的发光光谱表明峰值在530nm,半高宽为220nm,可能是Vo+的电子和价带中的空穴辐射复合所致.     

Synthesis and optical property of ZnO nano-/micro-rods

A series of zinc oxide (ZnO) nano-/micro-rods had been synthesized via solution-based routes. In the hydrothermal route, the obtained ZnO nano-/micro-rods had two topographies. In refluxing procedures, spindly ZnO nanorods were obtained in the presence of poly(vinyl-pyrrolidone) (PVP) and ellipsoid-like nanorods were obtained in the absence of PVP. The products were characterized using X-ray powder diffraction (XRD),scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), and electron diffraction (ED)analysis. Room temperature photoluminescence (PL)spectra of the ZnO products demonstrated a weak UV emission and a broad visible emission for each of the sample. The growth mechanism of 1-D ZnO crystals was discussed briefly.     

电沉积工艺制备纳米ZnO及其生长机理

本文以Zn（NO3）2·6H2O和KCl的水溶液为电解液,采用三电极恒电位体系在ITO上电沉积制备了形貌可控的纳米ZnO。通过旋转涂布（CH3COO）2Zn·2H2O溶液,煅烧后可在ITO表面生长一层ZnO种子层。该种子层可以增加ZnO的密度,使c轴取向更加明显。通过场发射扫描电子显微镜（ FESEM）、X射线衍射（ XRD）、光致发光光谱（PL）等测试手段,系统地分析了电沉积参数（Zn（NO3）2·6H2O浓度、电沉积电压、电沉积温度）对电沉积制备纳米ZnO形貌、结构、光催化性能、发光性能的影响,并研究了其生长机理。     

ZnO纳米线的快速生长机理及其场发射性能研究

为了快速制备具有优良场发射性能的ZnO纳米线,对ZnO纳米线的生长机理及场发射性能进行研究。首先采用优化的两步法制备出高长径比的ZnO纳米线,其次采用SEM对ZnO的微观形貌进行表征,然后,在分析形貌特点的基础上,说明了强碱体系下ZnO纳米线薄膜的快速生长机理。最后,对典型样品的场发射性能进行了测试。测试果表明,优化后的两步法,只需3h即可获得直径为40~50nm,长度为2.2~2.7μm,长径比高达54的纳米线。薄膜的开启电场为3.6V/μm,阈值场强为9.1V/um,场增强因子β高达3 391。研究表明,高pH值溶液可以加快ZnO纳米线沿C轴方向的择优生长,获得高长径比的ZnO纳米线,进而获得优良的场发射性能。