ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性研究

ZnO薄膜中可见光的发射与缺陷有关,为了研究ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性,将不同Zn缓冲层厚度的ZnO薄膜沉积在Si衬底上,且所有样品在400℃下真空中退火1 h,采用X射线衍射谱(XRD)、吸收谱和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构和光学特性。结果表明,随着Zn缓冲层溅射时间的增加,ZnO薄膜中的紫光峰向长波段发生了红移,且所有的发光峰强度逐渐增加;缓冲层和真空中退火都使得样品中有过量的Zn原子缺陷出现,薄膜中所有的发光峰与Zn原子缺陷相关。     

退火对两种硅基薄膜的结构及发光影响

采用双离子束共溅射沉积方法制备了两种复合硅基薄膜SiOxCy和SiOxNy薄膜,对两种薄膜进行后退火处理,并分别对样品进行PL、FTIR、XPS谱测试分析,比较退火前后的发光及结构的变化。两种样品的光致发光测试谱(PL)表明:退火前后都有两个发光峰位-都存在470nm的发光峰位,它来自于硅基薄膜中中性氧空位缺陷(O3≡Si-Si≡O3),是由于氧原子配位的二价硅的单态-单态之间的跃迁所致,其发光强度随退火温度的升高而变化。进一步的FTIR和XPS的测试谱表明另外一个发光峰位420nm(SiOxCy薄膜)和400nm(SiOxNy薄膜)分别来自于掺杂杂质(C和N)与硅基薄膜中的Si、O组成的复合结构。而两种样品经过退火处理后掺杂所引起的发光峰位强度随退火温度的升高而增强,说明退火温度的升高有利于发光机制的形成。     

In掺杂和退火对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构和光电性质的影响

用射频磁控溅射技术在石英玻璃衬底上制备出ZnO和In掺杂的ZnO(ZnO∶In)薄膜,研究了In的掺杂和退火对薄膜的结构和光电性质的影响。所制备的薄膜为纤锌矿结构的ZnO相,In的掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优生长,并且使其表面更加致密平整,退火提高了薄膜的结晶行为,但使得薄膜的表面有部分团聚形成。由于In3+替代了Zn2+,提供了一个多余的电子,ZnO薄膜的电阻率从28.9Ω.cm降低到4.3×10-3Ω.cm。由于载流子浓度的增加和晶格尺寸的拉长,In的掺杂使得ZnO薄膜的禁带宽度增加;空气中退火后薄膜的载流子浓度降低和晶格尺寸的减小,使得禁带宽度降低。ZnO薄膜在可见光范围的透光率在90%以上,受In的掺杂和退火的影响不大。室温下用325 nm的激发光源测试了样品的光致发光(PL)谱,发现In的掺杂对薄膜的PL谱影响不大,而退火后的ZnO薄膜在446 nm处的蓝光发射明显增强,更适合于作为蓝色发光器件。     

APCVD方法制备SnO2薄膜的结构和光致发光特性

采用常压化学气相沉积法(APCVD)在玻璃衬底上制备出SnO2薄膜,对薄膜的结构和光致发光性质及退火处理对薄膜结构和发光特性的影响进行了研究.制备SnO2薄膜为六角金红石结构,最大晶粒尺寸约为1000nm.室温光致发光(PL)谱测量表明,在396nm处存在强的发光峰.研究了退火处理对发光性质的影响,并对辐射机理进行了探索.     

Nb金属氧化物非晶态纳米薄膜的制备及可见光区的光致发光现象

在较低的温度下,通过热氧化法在Si单晶基底上合成氧化铌(NbO_x)非晶结构纳米薄膜。样品的衍射谱为典型的漫散包,在450℃以下的退火样品都没有明显的晶化峰出现。SEM图片显示,薄膜是由一些准直阵列的椎形结构组成。在室温下对原始非晶膜以及退火处理过的样品作了PL谱分析,实验观测到:514nm激发光源下,样品在室温下可见光区出现红橙色发光,发光峰包较宽且很有特点。分峰拟合结果可明显看到发光峰包由630～715附近的两峰组成,通过性能检测发现,薄膜经低温段退火处理后在可见光区具有很好的光致发光,这一现象到目前为止尚少见报道。实验还研究了退火温度与发光强度的规律,初步研究表明,此光致发光机制与缺陷有关。     

不同生长温度下Zn1-xSbxO薄膜的结构与发光性能研究

采用固相反应法制备了不同比例的Sb掺杂ZnO靶材,并用脉冲激光沉积(PLD)法在Si(100)基底上制备了Zn_1-xSb_xO薄膜。通过XRD、光致发光(PL)谱对所制薄膜进行了结构表征和性能分析,探讨了不同Sb掺杂量和不同生长温度对薄膜结晶质量和发光性能的影响。结果表明：对比纯ZnO的PL谱发现ZnSbO薄膜出现了紫外峰,且随着Sb浓度的增加,所有发光峰的强度相对增大;针对Zn_0.98Sb_0.02O薄膜,不同的基底生长温度改变了薄膜的紫外和蓝光发射强度,500℃下薄膜具有最好的结晶质量和最强的发光峰;对于500℃下生长的Zn_0.98Sb_0.02O薄膜,当激发光源波长从325nm变化到300nm,峰位红移,而且紫外峰与蓝光锋强度比由1∶3变为12∶1。据此,可以通过改变Sb掺杂量、生长温度和激发光源波长,从而制备出不同波段、不同强度的发光器件。     

反应溅射TiO2-xNx膜的可见光吸收性能

用中频交流反应磁控溅射方法制备了N掺杂的TiO2薄膜.利用光电子能谱(XPS)对薄膜的成分进行了分析,并研究了薄膜的可见光吸收性能.结果表明:反应气体中N2的质量分数是影响薄膜中Ti-N键的主要因素;在N2气氛中380℃退火有利于提高N掺杂的含量;厚度的增加使薄膜的吸收性能在紫外到可见光区都有提高;含N量为1.5%的TiO2-xNx薄膜吸收限由TiO2薄膜的387nm红移至441nm.     

铈掺杂多孔硅的形貌和光致发光研究

采用电化学方法在多孔硅中掺杂了稀土铈(Ce)元素.利用原子力显微镜表征了多孔硅和Ce掺杂多孔硅的表面形貌,采用荧光分光计对样品的光致发光(PL)特性进行了研究.多孔硅样品在480nm波长激发下PL谱上观察到两个发光峰,分别位于572和650nm;通过光致发光激发谱测量,得到位于572、650nm的发光峰对应的最佳激发波长分别为380和477nm.Ce掺杂多孔硅样品在480nm波长激发下,PL谱上只显示出多孔硅原有的发光增强;而在380nm波长激发下的PL谱上不仅显示多孔硅原有的发光增强,而且还出现了新的发光峰位于517nm.认为这分别是Ce3 与nc-Si发生了能量传递和Ce掺杂引入了新的发光中心所造成的.     

衬底温度对Mg0.1Zn0.9O薄膜结构及光学性能的影响

利用射频磁控溅射技术在不同温度的(100)Si和玻璃衬底上成功地制备了c轴择优取向的Mg0.1Zn0.9O薄膜.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外可见光分光光度计和光致发光谱研究了衬底温度对Mg0.1Zn0.9O薄膜结构、表面形貌和光学性能的影响,结果表明,在衬底温度为400℃时生长的Mg0.1Zn0.9O薄膜具有很好的c轴取向和较好的光学性能.用激发波长为300nm的氙灯作为激发光源得到不同衬底温度下Mg0.1Zn0.9O薄膜的室温PL谱.分析表明,紫外发光峰与薄膜的结晶质量密切相关,蓝光发射与氧空位有关.简单探讨了衬底温度影响紫外光致发光峰红移和蓝移的可能机理.     

沉积气压对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构与光学性能影响

采用CS-400型射频磁控溅射仪在Si(111)和石英基底上成功的制备了ZnO薄膜,分别用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计和荧光分光光度计表征样品的结构和光学性质.实验表明,采用射频磁控溅射制备的ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构的(002)峰和(101)峰的两种取向.在沉积气压>1.0Pa时所制备的ZnO薄膜具有(002)择优取向,并且十分稳定.SEM图表明,ZnO薄膜颗粒大小较为均匀,晶粒尺寸随着气压升高而变小,沉积气压不同时,薄膜样品的生长方式有所差异.在400～1000nm范围内,可以看出除O.5Pa下制备的ZnO薄膜外,其余ZnO薄膜在可见光区域的平均透过率超过80%,吸收边在380nm附近,所对应的光学带隙约为3.23～3.27eV,并随着沉积气压上升而变大.ZnO薄膜的PL谱上观察到了392nm的近紫外峰和419nm的蓝峰;沉积气压对Zno薄膜的发光峰位和峰强有影响.