共掺浓度对Na-Al共掺杂ZnO薄膜微观结构和光电性能的影响

在石英玻璃衬底上,通过溶胶-凝胶旋涂法制备得到钠铝(Na-Al)共掺氧化锌(ZnO)薄膜(NAZO)。研究不同NaAl共掺杂浓度对ZnO薄膜的结晶性、微观结构、光电性能的影响。结果表明:所有NAZO薄膜样品都沿c轴择优取向生长;适当的Na-Al共掺浓度,可以提高ZnO薄膜结晶性,提高薄膜的载流子迁移率;同时还可以观察到NAZO薄膜表面生长出六角柱状结构晶粒。随着Na-Al元素掺杂浓度的改变,所获薄膜的最高平均光学透过率达到95%。由于元素间固溶比的不同,适当的浓度可以提高Na-Al元素的掺杂效率和薄膜内部的载流子浓度,降低薄膜电阻率,NAZO薄膜最低电阻率为4.7×10-2Ω·cm。     

高压对Gd掺杂ZnO的电子结构和磁性影响研究

压力可以作用于物质的晶体结构内部,影响并改变物质整体性质.为进一步探究高压对Gd掺杂ZnO试样的电子结构及磁性影响,运用金刚石对顶砧压机和Materials Studio4.4软件包中的CASTEP运算程序,完成高压实验制备工作;利用基于密度泛函理论的第一性原理计算高压作用下Gd掺杂ZnO试样内部分子的变化情况,并对G...     

Mn掺杂对ZnO薄膜结构和光学性质的影响

利用脉冲激光淀积的方法在Si衬底上生长出了c轴高度取向的ZnO和Zn0.9Mn（0.1）O薄膜.光致发光结果显示了Mn的掺杂引起了薄膜的带边发射蓝移,强度减弱,紫光发射几乎消失,但绿光发射增强.利用X射线衍射,X射线吸收精细结构和X射线光电子能谱等实验技术对Mn掺杂的ZnO薄膜的结构及其对光学性质影响进行了研究.结果表明：Mn掺入到ZnO薄膜中形成了Zn0.9Mn0.1O合金薄膜,Mn以＋2价的价态存在,这就导致了掺Mn以后的薄膜带隙变大,在发光谱中表现为带边发射的蓝移.同时由于掺入的Mn与薄膜中的填隙Zn反应,导致薄膜的结晶性变差,薄膜中的填隙Zn减少,O空位增多,引起带边发射和紫光发射减弱,绿光发射增强.     

Mn掺杂ZnO稀磁半导体的化学合成及磁性研究

采用化学方法制备了名义组分为Zn0.993Mn0.007O的Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料,并研究了退火温度(Ts＝400,600,800℃)对其结构和磁性的影响.结果表明:在退火温度低于600℃条件下,合成的样品为单一纤锌矿结构的ZnO颗粒材料;当退火温度为800℃时,合成的样品中除了纤锌矿结构ZnO外还观察到ZnMnO3第二相的存在.磁性研究表明:经过600℃退火后的样品,其室温铁磁性最强,而经过800℃退火后的样品,其铁磁性几乎消失,并表现为增强的顺磁性.结合对样品的Raman光谱和紫外-可见吸收光谱的分析,表明Mn元素进入了ZnO晶格中并替代了ZnO中的Zn离子. 样品的室温铁磁性是源于(Zn,Mn)O的本征特性,并排除了样品中第二相导致其具有室温铁磁性的可能性.     

Mn与N共掺ZnO铁磁稳定性及其电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,结合广义梯度近似研究了过渡金属Mn掺杂ZnO与(Mn,N)共掺ZnO的电子结构和磁性。对Mn掺杂ZnO不同构型的相对能量进行计算,结果表明Mn掺杂ZnO的最稳定构型具有反铁磁相互作用。另外,对(Mn,N)共掺ZnO不同构型的相对能量进行计算,结果表明引入N后,Mn与N铁磁性相互作用时,(Mn,N)共掺ZnO体系处于最低能量状态。这主要是由于Mn 3d电子与N 2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子诱导了Mn、N共掺ZnO薄膜室温铁磁信号的产生,并且最稳定的铁磁构型为-Mn-N-Mn-复合体,具有明确的团簇趋势。     

Mn掺杂浓度对Mn:MgAl_2O_4电子结构和光学性质的影响

采用密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PW-USP)和广义梯度近似(GGA)对不同锰离子掺杂浓度的掺杂镁铝尖晶石晶体Mg1-xMnxAl2O4(x=0、0.125、0.5)的晶体结构、电子结构和光学性质进行了计算.解释了锰离子掺杂浓度使晶格常数变化的微观机制;分析了锰离子掺杂浓度对电子结构和光学系数的影响.结果表明,锰离子掺杂浓度的增加使掺杂晶体的带隙降低.价带变窄,杂质能级展宽.掺杂晶体的导带对掺杂浓度的变化较为敏感.锰掺杂使可见光区吸收增大,且掺杂浓度越高可见光区光学吸收越强,起吸收边越向长波方向移动,即发生红移,与实验结果一致.     

Mn掺杂ZnO囊泡结构的制备

通过两步或三步法分别制备两层或三层结构的碳球模板,在溶液中的Zn离子和Mn离子在模板上吸附后再进行煅烧.TEM及SEM显示,煅烧后得到完全复制碳膜板结构的多层Mn掺杂ZnO囊泡.EDS显示Mn在ZnO中的掺杂含量约为1％.样品具有室温铁磁性,饱和磁化率(Ms)及矫顽磁场(Hc)分别为0.032A·m²/kg及0.781kA/m.这种Mn掺杂ZnO纳米囊泡结构使新奇的囊泡结构和ZnO的磁性性能得到了完美的结合.     

C掺杂浓度对ZnO薄膜电学和结构的影响

采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上成功制备了不同C掺杂浓度的ZnO∶C薄膜,借助于X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试(Hall)、X射线光电子谱(XPS)和拉曼散射光谱(Raman)等测试手段系统研究了ZnO薄膜的结构、电学以及拉曼特性并分析了C在ZnO薄膜中存在形式。结果表明,所有薄膜都呈纤锌矿结构并具有高度的c轴择优取向。随着C掺杂浓度的增加,薄膜的n型导电性能不断增强,其主要原因是ZnO薄膜中的C替代Zn位起施主作用。     

掺杂Nd对ZnO电子结构和光学性质的影响

研究分析了Nd掺杂对ZnO体系的电子结构和光学性质的影响;根据密度泛函理论(DFT),采用第一性原理平面波超软赝势方法,对Nd掺杂的ZnO晶体结构进行几何优化,并计算体系的能带结构、总态密度、分波态密度、光学性质;结果表明,掺杂后体系晶格常数增大,带隙变宽,费米能级进入导带,介电常数、吸收系数发生较大变化;Nd是一种有效的ZnO体系施主掺杂元素;Nd的掺入提高了ZnO体系的导电性能,改善了光学性能。     

Mn、Co掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究

利用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)衬底上制备了ZnO、Zn0.8Mn0.2O、Zn0.8Co0.2O薄膜.薄膜的晶体结构和表面形貌采用X射线衍射仪和原子力显微镜测试.表明薄膜具有明显的c轴择优生长取向,薄膜表面较为平整,颗粒尺寸在纳米量级,薄膜中晶粒的生长模式为"柱状"模式.此外,Mn、Co掺入后,薄膜的X射线衍射峰有小角度偏移,这与 Mn2 、Co2 离子半径有关.PL谱显示Mn、Co掺杂ZnO薄膜的蓝、绿发光峰的位置相对纯的ZnO薄膜没有改变,还出现了紫外发光峰,其中Mn掺杂的蓝、绿光峰的强度减弱,Co掺杂的蓝光峰强度减弱,绿光峰强度增强.这是因为Mn、Co掺入改变了ZnO本征缺陷的浓度,发光峰的强度也随之而改变.     

碱土金属掺杂ZnO电子结构的理论研究

采用第一性原理的超软赝势方法,对碱土金属掺杂纤锌矿ZnO以及未掺杂ZnO的电子结构进行了详细的计算。计算结果表明,随着原子序数的增加,能带带隙逐渐变小,但仍大于未掺杂的带隙(除镭外),这一现象显示了碱土金属比Zn的金属性强而导致O离子的电子密度分布向碱土离子的方向偏移的程度比原来为Zn离子时更大。     

Mn双掺间距对ZnO磁光性能的影响

采用自旋密度泛函理论(DFT)下的广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势法构建了含氧空位以及不含氧空位的Mn双掺ZnO超胞模型,分析了电子自旋极化处理下两个磁性Mn离子之间的距离变化(分为沿c轴和沿垂直c轴方向变化)对ZnO的结构稳定性、磁性以及吸收光谱的影响。随着磁性离子距离逐渐增大,无氧空位掺杂体系ZnO超胞的形成能沿着c轴和垂直c轴都逐渐减小,而含氧空位掺杂体系ZnO超胞的形成能沿垂直c轴方向逐渐减小,沿c轴方向逐渐增大;含氧空位和不含氧空位ZnO体系的反铁磁性随着Mn-Mn间距增大而减弱,沿着c轴方向减弱更加明显,而且氧空位促进体系的反铁磁性减弱;不含氧空位组态沿c轴方向吸收光谱发生了红移现象,而沿垂直c轴方向吸收光谱发生了蓝移现象;但是含氧空位组态沿c轴和沿垂直c轴方向吸收光谱都发生了红移。     

Au-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,结合广义梯度近似(GGA)研究了Au、N共掺杂纤锌矿ZnO的能带结构、电子态密度,以及复介电函数、光学吸收等光学性质,并与本征ZnO和N掺杂ZnO情况进行了对比.计算结果表明Au、N共掺杂ZnO仍是直接带隙半导体材料,掺杂后ZnO的带隙收缩,价带展宽.在价带顶电子密度分布较N掺杂ZnO情况的局域性减弱,更有利于获得p型ZnO.与未掺杂ZnO相比,介电函数和吸收系数在可见和紫外区域得到显著增强.     

ZnO和Y掺杂ZnO薄膜磁性的研究

用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法和模拟缺陷结构的超原胞的方法,通过计算比较ZnO、Zn15Y1O16Zn16O15、Zn15O16和Zn14Y1O16五个体系的自旋极化电子态密度,分析了O空位和Zn空位两种点缺陷对Y掺杂ZnO薄膜磁性的贡献,计算结果表明,氧化锌和钇掺杂氧化锌薄膜的磁性都来源于Zn空位周围被极化的O原子。     

Mn掺杂锶铁氧体SrFe12O19电子结构及磁性的第一性原理研究

为了揭示掺杂离子对具有磁铅石构型的锶铁氧体材料磁性能的影响, 本研究探讨了锶铁氧体及其锰掺杂体系的稳定构型及其磁结构。研究结果表明, 锶铁氧体为亚铁磁性, 与前期的研究结果相吻合。通过比较GGA和GGA+U计算方法, 发现U值的选取对体系的电子结构和原子磁矩有显著影响。当U值为3.7 eV时, 体系由金属性转变为自旋向上带隙为1.71 eV的半导体。原胞总磁矩为40 μ_B。对于Mn替换掺杂的SrFe_12-xMn_xO₁₉体系, 通过不同占据位能量比较, 当单个Mn原子替换(x=0.5)时, Mn离子优先占据Fe (12k)位置; 而当两个Mn原子替换Fe原子(x=1.0)时, 两个Mn分别占据Fe (12k)和Fe (2a)位置。Mn掺杂对锶铁氧体的结构影响较小, 但对于体系的总磁矩和电子结构有较明显的影响。在Mn含量x=0.5和x=1.0时, 自旋向上带隙值分别降低到0.85和0.59 eV, 原胞的总磁矩为39和38 μ_B。本研究可为实验研究提供理论指导。     

Al掺杂纤锌矿ZnO的电子结构研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的总体能量平面波超软赝势法,电子交换关联能结合广义梯度近似(GGA)PW91形式,对Al原子不同掺杂位置的ZnO超原胞进行了几何优化,计算分析了晶体结构参数及掺杂模型的电子结构.结果表明,几何优化后掺杂晶胞z轴方向出现收缩现象,两种模型在杂质掺入后半导体ZnO导电能力提高,形成置换杂质模型的可能性要大于间隙杂质模型,掺杂Al和基体ZnO的原子数配比直接影响导电性能,最后给出了电子轨道跃迁规律.     

Ga掺杂ZnO电子结构的密度泛函计算

根据密度泛函理论（DFT）,采用“总体能量-平面波”超软赝势方法,对不同的Ga掺杂浓度的ZnO晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了Ga掺杂ZnO晶体结构参数及性质,为ZnO材料的掺杂改性研究提供了理论依据。计算了Ga掺杂情况下ZnO晶体的总体能量、能带结构、总体态密度、分波态密度。分析了Ga掺杂对ZnO晶体电子结构和光学吸收带边的影响。     

Cu掺杂对ZnO纳米薄膜结构及物性的影响

利用溶胶-凝胶法制备了Cu掺杂Zn O纳米晶体薄膜,通过XRD、TEM、AFM、UV-VLS和VSM对其晶体结构、表面形貌、透光性、禁带宽度和磁性进行了表征和分析。结果表明,所有样品都具有c轴择优生长取向,Cu掺杂没有改变Zn O晶体的纤锌矿结构,即没有检测到任何非晶态产物以及各种第二相的存在,表明Cu2+已经取代Zn2+融入了晶体。但是,Cu的掺杂浓度以及煅烧温度的变化,改善了薄膜的粗糙度、晶粒度、透光率、禁带宽度及室温铁磁性。在所有样品中,掺杂浓度为2%、煅烧温度为500℃的薄膜粗糙度、晶粒度最小而透光性和室温铁磁性最强。样品的能隙则是随着Cu掺杂浓度和煅烧温度的提高而变小。     

In含量变化对N-In共掺杂ZnO薄膜的结构和性能的影响

采用超声雾化热解法制备ZnO薄膜，对比分析了不同In含量的N-In共掺杂ZnO薄膜的显微结构，电学和光学性质。实验结果表明在N-In共掺杂条件下In的含量对ZnO薄膜的显微结构及性能有明显的影响。In的掺入使得ZnO中总体缺陷减少，晶粒外形更规则，C轴取向性更好。引入In能使ZnO更容易向P型转变；当前驱体溶液中In的比例〉0．03后，可以显著改善ZnO薄膜的电学性能和光学性能。