用铝丝掺杂溅射ZnO薄膜的光电性能研究

本文采用射频磁控反应溅射法于常温下在硅片和玻璃基片上制备ZnO和掺铝ZnO薄膜,将铝丝置于ZnO靶材上共同溅射来达到掺杂的效果,利用不同长度的铝丝以获得不同的掺杂量。通过X射线衍射法对薄膜进行结构分析,利用紫外-可见分光光度计获得薄膜的透过率光谱,霍尔效应仪测量薄膜的电学性能。发现所制备的样品在可见光区域透过率达到80%以上,达到了透明膜的要求;掺Al后的ZnO膜电阻率最低达到了4.25×10-4Ω·cm;结构表征发现样品的(002)晶面有明显衍射峰。基于包络线方法通过透射谱拟合计算了薄膜样品的折射率和厚度。     

N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法通过电离活化方式在石英和Si(100)衬底上制备了Co-N共掺ZnO薄膜,研究了N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响.实验观察到700℃、N2O压强为15Pa时生长的Co-N共掺ZnO薄膜显示室温磁滞回线.采用XRD、SEM、XPS、霍尔测试和SQUID等手段对样品进行了测试,结果表明,所得薄膜样品具有高度的c轴择优取向,XRD图谱中并没有发现Co、N的相关分相,Co、N原子分别以替代位形式CoZn、NO存在于薄膜中.霍尔测试和SQUID测试表明,Co-N共掺ZnO薄膜呈p型,具有室温磁滞效应.与Co掺杂ZnO薄膜相比,载流子浓度降低,同时,饱和磁化强度和矫顽力有很大提高,可见,N的掺入改变了Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的导电类型,并增强了磁性。     

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。     

氧化锌薄膜的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱结合X射线衍射分析对未掺杂和掺杂的ZnO薄膜，陶瓷薄膜进行了研究，ZnO薄膜及ZnO陶瓷薄膜均由sol-gel法制备，掺杂组份有Bi2O3,Sb2O3,MnO和Cr2O3等。结果表明，未掺杂的薄膜的ZnO主晶相均表现出显著的定向生长特征，其拉曼光谱特征谱峰为437cm^-1，谱峰强度随薄膜退火温度的提高略有增强，掺杂后ZnO的拉曼谱峰发生了红移，掺Bi2O3后ZnO的拉曼谱峰由347cm^-1移质移至434cm^-1，掺Sb2O3后ZnO的拉曼谱峰移至435cm^-1，而掺杂Bi2O3,Sb2O3,MnO和Cr2O3等组份的ZnO陶瓷薄膜的ZnO拉曼谱峰则移至434cm^-1，说明掺杂元素进入了ZnO晶格，引起了晶格的变化，ZnO薄膜性能不仅受次晶相组成的影响，而且受因掺杂元素进入而引起的ZnO晶格畸变的影响。     

Al-N共掺杂型ZnO薄膜的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Al-N共掺ZnO薄膜.用X射线光电子能谱检测Al-N共掺杂情况;用X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电镜、分光光度计、霍尔测量仪等分析测试手段,分别研究了Al-N共掺的掺杂浓度和热处理温度对薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能的影响.结果表明:在基质ZnO溶胶浓度为0.5mol/L,Al-N掺杂摩尔浓度为10%,热处理温度600℃下,Al-N共掺ZnO薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能最佳.     

溶胶-凝胶法制备Na/Mg共掺ZnO薄膜的特性研究

利用溶胶-凝胶旋涂法制备了Na/Mg共掺ZnO薄膜。通过与未掺杂及只掺Mg的ZnO薄膜的对比分析,重点研究了Na/Mg共掺ZnO薄膜的结构、光学及电学特性。扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射(XRD)图谱、透射光谱及PL谱的分析结果表明,Na/Mg共掺有利于提高ZnO薄膜的结晶特性及c轴择优取向性。Na/Mg共掺会使得ZnO薄膜的禁带宽度增加,但增加的幅度小于单独掺Mg引起的禁带宽度增加。消除氧空位缺陷后,Na/Mg共掺ZnO薄膜将是一种很好的紫外发光材料。霍尔效应分析结果表明,Na/Mg共掺杂可将ZnO薄膜导电性从N型转变为P型,且使电阻率有很大幅度的增加。     

铝氮共掺制备p型ZnO薄膜的电学性能研究

本文通过直流反应磁控溅射,采用Al N共掺的方法在N2O-O2气氛下制备p型ZnO薄膜.结果表明,衬底温度为500 ℃时共掺所得p型ZnO的载流子浓度最高,并且比单独掺氮时高近3个数量级.本文还讨论了生长气氛对薄膜电学性能的影响,当衬底温度为500 ℃时,在纯N2O气氛下制备的p型ZnO的空穴浓度最高,为7.56×1017 cm-3,同时薄膜的电阻率和载流子的迁移率分别为94.3 Ω*cm和0.09 cm2V-1s-1.     

N-X共掺p型ZnO薄膜的研究进展

获得高质量稳定的p型ZnO薄膜是实现ZnO基光电器件化的关键.目前,国际上公认V族元素中的N替代O位(No)是实现p型ZnO较理想的掺杂途径.但p-ZnO:N薄膜的导电性能会随着时间、光照、温度条件发生变化,稳定性不足.大量的理论和实验研究表明N基二元共掺( N-X)可以提高N在ZnO薄膜中的固溶度,浅化N的受主能级,且在很大程度上能够改善p型ZnO的导电性能,有利于获得稳定的p型ZnO薄膜.为此,从N基施主受主共掺、双受主共掺以及其它共掺方面综述了N-X共掺p型ZnO薄膜的研究现状.     

Li-Cu共掺杂ZnO纳米薄膜的溶胶凝胶法制备

采用溶胶-凝胶法,通过调整氯化锂和氯化铜的摩尔比在不同基片上制备了不同Li-Cu共掺杂浓度的ZnO薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见光分光光度计和伏安特性测试等表征了薄膜的结晶状况、表面形貌及光电特性.结果表明:所得Li-Cu共掺杂ZnO薄膜为六角纤锌矿多晶结构,有CuO杂质相生成.随Li和Cu摩尔比增加,共掺杂ZnO薄膜结晶度增强,晶粒长大,样品表面不平整度增加.CuO颗粒的出现,使得共掺杂ZnO薄膜透射率降低,透光性较差.Li与Cu摩尔比为1∶1时,共掺杂ZnO薄膜的综合导电性最好.     

ZnO/CdO复合薄膜的制备及其性能研究

通过脉冲激光沉积法首次制备了ZnO/CdO复合薄膜。采用X射线衍射、光致发光和电阻率测量分析了薄膜的结构、光学和电学性能。光致发光谱表明所有ZnO/CdO复合薄膜都具有相同的PL发光峰,保持了未掺杂ZnO的发光特性。同时,复合薄膜的电阻率大大地下降了几个数量级,接近了纯CdO薄膜的电阻率。这可以用Matthiessen公式来解释。与传统掺杂方法相比,制备的ZnO/CdO复合薄膜可同时具有ZnO的发光特性和CdO的电学特性,从而获得单一TCO材料所不具备的性能,满足某些特殊需求。     

掺Nd纳米ZnO薄膜特性研究

研究了用真空蒸发法在玻璃衬底上制备稀土掺杂纳米ZnO薄膜结构、导电性及光透射性能。结果显示 ,在 5 0 0℃氧化、热处理稀土元素Nd掺杂后能够明显改善纳米ZnO薄膜的结构特性 ,薄膜的晶粒尺寸随掺杂含量的增加而减小。掺Nd使ZnO薄膜的电性能有所改善但使纳米ZnO薄膜的光透射性有所降低。     

N_2流量对HiPIMS制备Al-N共掺杂ZnO薄膜的性能影响

采用高功率脉冲反应磁控溅射(HiPIMS)在玻璃基底上沉积Al-N共掺氧化锌(ZnO)薄膜,研究氮气(N_2)流量对Al-N共掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质的影响。测量结果表明,N_2流量对掺杂的ZnO薄膜电导率类型转变和光电性能有很大影响:当N_2流量为8 mL/min时,掺杂ZnO薄膜在可见光波段透过率大于85%,薄膜导电类型为n型;随着N_2流量的增加,薄膜经历n-p-n型的转变过程。当N_2流量为20 mL/min时,掺杂的ZnO结晶性最好,晶体缺陷少、XRD衍射峰半峰宽(FWHM)最小、表面粗糙度也低,为p-ZnO。薄膜电学性能测量显示:载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.47×10~(17)cm~(-3)、2.7 cm~2/Vs、4.51Ωcm。     

掺Nd纳米ZnO薄膜特性研究

研究了用真空蒸发法在玻璃衬底上制备稀土掺杂纳米ZnO薄膜结构、导电性及光透射性能。结果显示。在500℃氧化、热处理稀土元素Nd掺杂后能够明显改善纳米ZnO薄膜的结构特性，薄膜的晶粒尺寸随掺杂含量的增加而减小。掺Nd使ZnO薄膜的电性能有所改善但使纳米ZnO薄膜的光透射性有所降低。     

芘掺杂对MgB_2薄膜超导性能的影响

采用芘粉(C_(16)H_(10))作为掺杂物,利用化学气相沉积法,制备了不同掺杂量的MgB_2超导薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电镜和综合物性测量系统对样品的晶体结构、表面形貌和超导电性进行了系统分析。结果显示,随着C_(16)H_(10)掺杂量的增加,晶格常数a逐渐变小,MgB_2的晶粒逐渐细化。所有的掺杂样品都表现出比纯净样品更好的载流能力。当C_(16)H_(10)掺杂量达到0.2g时,MgB_2薄膜的临界电流密度(Jc)和不可逆场表现出最佳的性能。掺杂0.2g的样品在5K,3T的Jc为1.12×10~4 A/cm~2,高于纯净样品Jc一个数量级,说明了掺杂样品的磁通钉扎能力得到了显著的提高。     

Al、N共掺杂实现ZnO的p型转变及其掺杂机理探讨

利用直流反应磁控溅射以Al、N共掺杂的方法生长p-ZnO薄膜.ZnO薄膜沉积于具有不同衬底温度的玻璃或Si衬底上,N来自NH3与O2的生长气氛,Al来源于AlxZn1-x(x=0.08%)靶材.利用XRD、XPS、Hall测试对其性能进行了分析.结果表明,用Al、N共掺杂的方法可以得到c轴择优取向的p型ZnO薄膜,载流子浓度为(1014～1015) cm-3,电阻率为(1.54～3.43)×103 Ω·cm,迁移率为(1.16～4.61) cm2/V·s.由Al、N共掺杂和仅掺N的两种情况下ZnO薄膜的N1s的XPS图谱可以推断出,N的掺入可能是以Al-N键的形式存在,而且Al的存在促进了N原子作为受主的掺入.     

离子注入法制备N掺杂p型ZnO薄膜

采用离子注入技术对射频磁控溅射制备的ZnO薄膜进行N掺杂,通过退火实现了ZnO薄膜的p型转变.利用X射线衍射(XRD)和Hall实验对样品热退火前后的性能进行了研究.实验数据表明,该掺杂方法能得到稳定的p型ZnO薄膜,其电学性能随热退火温度的升高和时间的延长而进一步改善,其中在950℃、7min退火条件时,载流子浓度为1.68E 16cm-3,电阻率为41.5Ω·cm.     

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。     

高效Mn/ZnO-Ag纳米复合光催化体系的简易制备及研究

本研究使用简易高分子网络凝胶法制备了不同Mn含量掺杂的ZnO及Mn、Ag共掺的ZnO纳米光催化剂.在模拟太阳光下通过降解有机染料亚甲基蓝(MB)来研究样品的光催化性能.XRD和SEM证实,Mn的掺入减小了样品的晶粒尺寸,但改善了样品的颗粒分布.通过XPS能谱发现催化剂中存在Mn2+和Mn3+,且随Mn离子掺杂量的增加,Mn3+/Mn2+比例增大.PL光谱显示,Mn/ZnO-Ag体系的发光强度较纯ZnO显著降低,其中当Mn浓度为1％(摩尔分数)时展现出最高效的光生载流子分离.结果表明,Mn掺杂显著增强了ZnO对可见光的吸收,但在一阶光降解动力学方程中并未发现显著的光催化活性提升,而Mn/ZnO-Ag样品在保持较好光学性能的同时大幅提高了ZnO的光催化活性.结合光催化测试结果发现,Mn/ZnO-Ag样品光催化性能的提升与其对可见光利用率的提高、Mn离子间价态变化及Mn离子与Ag粒子间的协同作用有关.这为系统性提升ZnO的光催化活性提供了一种有用的途径.     

掺In纳米ZnO、CdS薄膜结构、光学特性分析

采用真空气相沉积法在玻璃衬底上制备纳米级ZnO和CdS薄膜.研究掺In和热处理对ZnO、CdS薄膜结构、光学特性的影响.实验给出,适当掺杂能够明显改善纳米ZnO、CdS薄膜的物相结构,ZnO薄膜的晶粒尺寸随掺杂含量的增加而减小,CdS薄膜晶粒尺寸随掺杂含量的增加而变大,但薄膜的光透射性有所降低.在短波范围内,ZnO薄膜的光透率好于CdS薄膜;在500 nm～1000 nm范围内,CdS薄膜的光透率好.掺In后ZnO薄膜的光学带宽从3.2eV减小至2.85 eV;掺In后CdS薄膜光学带宽从2.42 eV减小至2.35eV.     

溶胶-凝胶法制备K-N共掺ZnO薄膜的结构及光学特性

采用溶胶-凝胶法在Si(100)衬底上生长了K与N共掺的ZnO薄膜,并用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计对ZnO薄膜样品的结构和光学特性进行了研究。结果表明,溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜为六方纤锌矿结构。随着K掺杂浓度的增大,薄膜的结晶性变好,组成薄膜的颗粒变大,并表现出c轴择优生长特性,同时掺杂导致的氧空位缺陷也在增加,使得绿光发射增强,薄膜的光学带隙先增后减。