台湾科学家研制出氧化锌白光LED前景光明

台湾的科学家最近以氧化锌（ZnO）／蓝光有机材料复合薄膜,制作出白光发光二极管（LED）。他们利用水热法成功地在蓝光有机发光薄膜上生长无机ZnO纳米柱阵列。此技术有别于传统LED的外延生长制作方式,不仅方法简单且全程低温．对于未来发展白光光源极具吸引力。     

两步法生长ZnO纳米棒的结构及其发光特性

应用两步法在玻璃衬底上制备了高度取向的ZnO纳米棒,并研究了衬底和反应时间等参数对其结构及发光特性的影响。从样品的扫描电镜(SEM)图中发现,利用脉冲激光沉积(PLD)方法在玻璃衬底上生长一层ZnO薄膜作为修饰层,可以明显提高水热法生长的ZnO纳米棒的结晶质量。样品的SEM和光致发光(PL)谱表明,在有ZnO修饰层的玻璃衬底上生长的ZnO纳米棒分布均匀,排列致密,取向性好;缺陷发光的发光强度约是激子发光峰的2倍,且随着反应时间增长,样品的缺陷发光增强而激子发光减弱。     

纳米ZnO薄膜的热蒸发法制备及其光电特性研究

以醋酸锌为原料、O/Ar的混合气体为携载气体,在500℃的温度下应用热蒸发法在p型Si基片上生长纳米ZnO薄膜,并研究了其形貌、结构和光电特性.X-射线(XRD)衍射结果显示所制备ZnO纳米晶体呈六角纤锌矿结构;扫描电子显微镜(SEM)观察发现生长的Zn0薄膜平整均匀,纳米晶体颗粒平均尺寸为25nm.应用紫外-可见光吸收谱分析了其吸收特性,发现该ZnO薄膜在紫外波段具有很强的吸收,其吸收边位于320nm处.由于量子限制效应,与体材料相比,该吸收边存在明显的蓝移.应用光致发光谱(PL)研究了其发光特性,发现该ZnO薄膜在近紫外以及蓝-绿光波段具有强烈的受激发射.最后,还研究了ZnO薄膜的电容-电压(C-V)特性.     

PLD法合成MgxZn1-xO纳米柱阵列

使用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(100)衬底上无催化生长出了MgxZn1-xO纳米柱阵列.扫描电镜结果发现:在较大的范围内,直径为30～50nm、长度约为60nm均匀分布的纳米柱阵列生长在一层厚度约为70nm的纳米晶薄膜上.XRD结果中的(002)峰和PL谱中的带边发射峰相对于纯ZnO薄膜都发生了不同程度的偏移,表明了Mg组分的掺入改变了ZnO的晶格常数和带隙宽度.分析了MgxZn1-xO纳米柱的生长机制.     

PLD法合成MgxZn1-xO纳米柱阵列

使用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(100)衬底上无催化生长出了MgxZn1-xO纳米柱阵列.扫描电镜结果发现:在较大的范围内,直径为30～50nm、长度约为60nm均匀分布的纳米柱阵列生长在一层厚度约为70nm的纳米晶薄膜上.XRD结果中的(002)峰和PL谱中的带边发射峰相对于纯ZnO薄膜都发生了不同程度的偏移,表明了Mg组分的掺入改变了ZnO的晶格常数和带隙宽度.分析了MgxZn1-xO纳米柱的生长机制.     

垂直靶向脉冲激光沉积制备ZnO纳米薄膜

用一种新颖的制备纳米粒子与薄膜的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法,在室温及空气气氛下,于玻璃基底上成功地制备出ZnO纳米薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪对ZnO纳米薄膜的表面形貌和结构进行了表征,用荧光光谱仪对薄膜的光致发光(PL)性能进行了测量.结果表明,当激光功率为13 W时,沉积出的粒子大小较均匀,尺寸在40 nm左右,且粒子排列呈现出一定方向性;当激光功率为21 W时,沉积的ZnO纳米薄膜图呈现出微纳米孔的连续薄膜.在玻璃基底上沉积的ZnO纳米薄膜有一主峰对应的(002)衍射晶面,表明ZnO纳米薄膜具有良好的c轴取向性.不同激光功率下沉积ZnO纳米薄膜经500 ℃热处理后的PL峰,其强度随激光能量而变化,最大发光波长位于412 nm.     

ZnO薄膜和量子阱的生长及光学特性

研究了用MOCVD法在蓝宝石(Al2O3)(0001)和(1120)衬底上制备ZnO薄膜时的生长特性.详细研究了采用Al2O3(0001)衬底时生长温度与压力的影响.由于存在比较大的晶格失配,一般容易得到ZnO纳米结晶,不容易获得既平坦且质量又好的ZnO薄膜.生长温度对薄膜-衬底界面的生长模式有很大的影响;而生长压力对ZnO纳米结晶的形状有决定性作用.通过适当控制生长温度及压力,可以得到ZnO薄膜或不同形状的纳米结构.当采用Al2O3(1120)衬底时,由于晶格失配较小,能保持平坦层状生长,临界膜厚远远大于采用Al2O3(0001)衬底的结果.在Al2O3(1120)衬底上制作了ZnO/MgZnO量子阱并研究了其光学特性.观察到了量子化能级间以及在载流子间的跃迁引起的发光.由压电效应引起的内建电场约为3×105V/cm.同时发现采用低温低压生长可以增大ZnO中受主杂质浓度,有利于获得p型ZnO.     

Growth and Optical Properties of ZnO Films and Quantum Wells

研究了用MOCVD法在蓝宝石(Al2O3)(0001)和(1120)衬底上制备ZnO薄膜时的生长特性.详细研究了采用Al2O3(0001)衬底时生长温度与压力的影响.由于存在比较大的晶格失配,一般容易得到ZnO纳米结晶,不容易获得既平坦且质量又好的ZnO薄膜.生长温度对薄膜-衬底界面的生长模式有很大的影响;而生长压力对ZnO纳米结晶的形状有决定性作用.通过适当控制生长温度及压力,可以得到ZnO薄膜或不同形状的纳米结构.当采用Al2O3(1120)衬底时,由于晶格失配较小,能保持平坦层状生长,临界膜厚远远大于采用Al2O3(0001)衬底的结果.在Al2O3(1120)衬底上制作了ZnO/MgZnO量子阱并研究了其光学特性.观察到了量子化能级间以及在载流子间的跃迁引起的发光.由压电效应引起的内建电场约为3×105V/cm.同时发现采用低温低压生长可以增大ZnO中受主杂质浓度,有利于获得p型ZnO.     

溶液浓度对ZnO纳米棒形貌和发光的影响

为了获取高质量、高取向排列规则的ZnO纳米棒,玻璃衬底预先用脉冲激光沉积方法制备一层ZnO薄膜作为籽晶层,应用水热法在玻璃衬底上生长ZnO纳米棒。探究了籽晶层及不同溶液浓度对ZnO纳米棒结构和发光的影响,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪测量样品的形貌和结构,用组建的光致发光测试系统对样品的室温光致发光光谱进行测定。结果表明,ZnO纳米棒具有高度取向且分布致密均匀;光致发光光谱显示ZnO的近带边发射比深能级发光略低;随着溶液浓度的增加,近带边发光和深能级发光相对强度的比值依次降低。     

氧压与ZnO薄膜发光特性的关系研究

在不同的环境氧压下用脉冲激光沉积方法在Si(111)衬底上生长了ZnO薄膜,以325 nm He-Cd激光器为激发源获得了薄膜的荧光光谱以研究其发光特性,用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的晶体结构和表面形貌,结果表明氧压在20 Pa和50Pa之间制备的ZnO薄膜具有良好的紫外发光特性和较好的晶体质量.分析了ZnO薄膜的发光机理,认为薄膜紫外峰源自自由激子复合发光,绿光峰的发光机制与锌位氧OZn关系密切,氧空位是蓝光发射的重要原因.     

ZnO for application in photocatalysis: From thin films to nanostructures

In this research work, we report the photocatalytic properties of ZnO synthesized in several forms: ZnO thin films deposited by atomic layer deposition (ALD), ZnO nanofibers synthesized by electrospinnig, and ZnO nanorods realized by chemical bath deposition onto ZnO thin films grown by ALD. The methylene blue was employed as a representative dye pollutant to evaluate the photocatalytic activity of the samples. All the nanostructured materials showed an enhancement of the photocatalytic activity with respect to the thin films. It was found that ZnO nanorods deposited onto 3 nm thin film showed the best photocatalytic activity. The relevance of the results is discussed, opening the route for the application of ZnO in photocatalysis.     

退火温度对生长在TiO2缓冲层上的ZnO薄膜的影响

采用电子束蒸发技术在TiO2缓冲层上沉积了ZnO薄膜,研究了不同的退火温度对薄膜晶化质量及发光性质的影响. 利用X射线衍射仪和扫描探针显微镜分析了薄膜样品的结构性质,利用荧光光谱仪研究了薄膜样品的光致发光性质. 分析结果表明,退火处理后的ZnO薄膜都沿c轴择优生长. 在600℃下退火的样品具有最强的（002）衍射峰、最强的紫外发射和最弱的可见光发射,其晶粒大小均匀,紧密堆积. 而对于在500和700℃下退火的样品,其可见光发射较强. 这表明在600℃下退火的样品具有最好的晶化质量.     

用MOCVD方法在GaAs衬底上低温生长ZnO薄膜

采用二乙基锌(DEZn)和水(H2O)作为生长源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法,在100～400℃低温范围内,在GaAs(001)衬底上制备了ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD),室温PL,AFM,SEM研究了薄膜的晶体结构特性、发光特性及表面形貌特性.XRD分析表明ZnO薄膜具有很强的c轴取向,(002)峰的FWHM平均值为0.3°.当生长温度达到400℃时从SEM测量结果可以观察到薄膜表面呈六角状结晶.随着生长温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,结晶质量得到提高但同时表面变粗糙.室温PL测量显示薄膜在370nm附近有强的近带边发射,没有观测到深能级发射峰.     

Effect of seed layers (Al,Ti) on optical and morphology of Fe-doped ZnO thin film nanowires grown on Si substrate via electron beam evaporation

The effects of Al and Ti seed layers were studied for undoped and Fe-doped ZnO thin films deposited on n-type Si substrates by electron beam (e-beam) evaporation. The films were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The films grown on seed layers showed wurtzite hexagonal crystal nanorod and nanowire structures. A higher angle phase shift was observed in the doped thin films compared to the pristine ZnO films. Microstructural studies confirmed the growth of nanorods and nanowires with average widths of ~32 nm and ~8–29 nm, respectively. The nanostructures were denser and more crystalline on the Al seed layer than on the Ti seed layer for the doped thin films. However, in the undoped thin films, a more crystalline nature was observed on the Ti seeded layer than the Al seeded layer.     

Epitaxial growth of ZnO on GaN/sapphire substrate by radio-frequency magnetron sputtering

Zinc oxide (ZnO) thin films were grown on n-GaN/sapphire substrates by radio-frequency (RF) magnetron sputtering. The films were grown at substrate temperatures ranging from 400 to 700 ℃ for 1 h at a RF power of 80 W in pure Ar gas ambient. The effect of the substrate temperature on the structural and optical properties of these films was investigated by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and photoluminescence (PL) spectra. XRD results indicated that ZnO films exhibited wurtzite symmetry and c-axis orientation when grown epitaxially on n-GaN/sapphire. The best crystalline quality of the ZnO film is obtained at a growth temperature of 600 ℃. AFM results indicate that the growth mode and degree of epitaxy strongly depend on the substrate temperature. In PL measurement, the intensity of ultraviolet emission increased initially with the rise of the substrate temperature, and then decreased with the temperature. The highest UV intensity is obtained for the film grown at 600 ℃ with best crystallization.     

ZnO纳米棒的低温生长及光致发光性能

采用化学溶液沉积法在ITO导电玻璃上制备近一维ZnO纳米棒. 利用X射线衍射（XRD) 、扫描电子显微镜（SEM）和光致发光谱（PL）对样品进行表征,研究了不同Zn2+摩尔浓度和不同生长时间对样品的结构、形貌和光致发光性能的影响. 结果表明,所制备的ZnO纳米棒为纤锌矿结构并沿c轴择优取向生长. 另外,随着Zn2+摩尔浓度的增加,纳米棒的直径增大. 当Zn2+摩尔浓度为0.1M时,ZnO纳米棒的直径和长度都随生长时间的增加而增加. PL测试表明,样品均具有良好的发光性能,并且ZnO纳米棒的结晶质量随着Zn2+摩尔浓度和生长时间的增加均有所提高.     

紫外辐射ZnO纳米棒的生长及性能

用退火法在玻璃、硅片衬底上先生长ZnO籽晶,然后在90℃下在醋酸锌和六亚甲基四胺溶液中生长了直径约为17 nm的ZnO纳米棒.采用X射线衍射仪(XRD)分析了不同衬底上生长的ZnO纳米棒的结构和择优生长取向,用扫描电子显微镜(SEM)观察了ZnO的形态,用荧光光谱仪分析了纳米棒的发光特性,讨论了籽晶、衬底类型和衬底放置方式对纳米棒的尺寸、排列趋向性和光学性能的影响.纳米棒的直径和排列依赖于衬底的初始状态,籽晶可以减小纳米棒的尺寸,增强纳米棒的排列有序性;一旦衬底上生长了籽晶,后续生长的纳米棒的尺寸、排列和性能与衬底的类型无关,纳米棒都具有强的紫光发射.但衬底的放置方式会影响其上纳米棒的形态,竖直放置的衬底易生长尺寸分布均匀的准有序排列的纳米棒.     

PLD法制备基于缓冲层的ZnO薄膜及纳米棒研究进展

综述了脉冲激光沉积(PLD)法基于缓冲层制备ZnO薄膜及ZnO纳米棒的研究进展,分析了缓冲层对于生长高质量ZnO薄膜及纳米棒的作用,得到结论:引入缓冲层可以减少沉积物与衬底晶格失配以及热膨胀系数不匹配的问题。     

磁控溅射制备ZnO薄膜及其掺杂的研究

利用磁控溅射制备了纯ZnO薄膜,并在NH3O-2A-r气氛中溅射Zn靶实现了ZnO薄膜的N掺杂;利用双靶共溅的方法分别制备了Al掺杂和N+Al掺杂样品。原子力显微镜(AFM)观察显示各ZnO薄膜样品具有较好的晶粒分布,退火处理能够显著提高薄膜的结构状态,N+Al共掺杂样品具有较好的表面平整度;在438cm-1附近观察到了喇曼谱特征峰;透射光谱揭示了激子的吸收特征和掺杂样品的吸收边向短波方向移动;发射光谱测试表明,掺杂样品比未掺杂样品有更强的紫外发射;同时分析了ZnO薄膜的掺杂机理。