高压PLD法生长ZnO和Zn1-xMgxO纳米棒及其荧光性能

利用自主设计、组装的高压脉冲激光沉积(PLD)系统,研究了温度、靶材、催化剂厚度等生长参数对ZnO和Zn1-xMgxO纳米棒生长的影响,并对ZnO纳米棒的生长机理和Zn1-xMgxO纳米棒的光致发光性能进行了探讨.实验发现,当金膜催化剂厚度为2 nm、温度为925℃时,在单晶Si衬底上生长了直径均匀的ZnO纳米棒阵列,且具有明显的(002)择优生长取向.实验发现温度与催化剂厚度是影响ZnO纳米棒的直径和生长密度的重要因素.据此提出了ZnO纳米棒阵列的高压PLD生长过程应为气–液–固和气–固相结合的生长机制.通过在ZnO靶材中掺入氧化镁,获得了Zn1-xMgxO纳米线和纳米带结构,但生长无明显的择优取向.光致发光谱测量表明,镁掺杂明显增大了ZnO的带隙,但也在其禁带中引入了缺陷能级,导致可见发光明显增强.     

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.     

不同退火温度下Zn0.96Co0.04O薄膜的磁性研究

通过对磁控溅射方法制备的Zn_0.96Co_0.04O薄膜退火前后结构和磁性的研究发现,Co进入ZnO的晶格中并取代了Zn的位置,形成稀磁半导体结构,显示了室温铁磁性。后期真空退火可以产生更多的氧空位,提高BMP之间发生交叠的几率,从而使磁矩增大。因此可以认为氧空位是产生磁性的必要条件,其磁性来源机制符合J.M.D.Coey的BMP模型。     

Co掺杂量对ZnO薄膜结构及光学特性的影响

采用脉冲激光沉积法(PLD)在SiO2村底上成功制备了具有c轴择优生长特性的Zn1-xCoxO(x=0.05、0.1、0.2、0.3)系列薄膜.通过X射线衍射和能谱仪研究了Co掺杂量对薄膜晶体结构和成分的影响;同时利用光致发光谱(PL)和透过率研究了薄膜的光学特性.结果表明,当掺杂浓度为10%时,薄膜生长最好,c轴择优生长最为显著;Co元素的掺入改变了薄膜的紫外、绿光和蓝光发射,分析认为主要是Co元素的掺入量改变了薄膜的禁带宽度、氧错位缺陷浓度和锌填隙缺陷的浓度;Co元素掺杂浓度为5%时,薄膜的透过率超过90%.此外,探讨了不同波段光发射的可能机理.     

CuO/SiO2复合薄膜的微观结构和发光特性分析

采用射频磁控共溅射法在硅衬底上沉积Cu/SiO₂ 复合薄膜,然后在N₂保护下高温退火,再于空气中自然冷却氧化,制备出低维CuO纳米结构,并对其微观结构和光致发光进行研究. 退火温度为1100℃时样品中主晶相为立方晶系的CuO（200）晶面,薄膜样品表面出现纳米线状结构,表面组分主要包括Cu、O元素,冷却氧化形成CuO/SiO₂复合薄膜. 该温度下退火后,光致发光谱中出现紫外光和紫光,这是由于复合薄膜中CuO的导带底到Cu空穴缺陷能级的跃迁导致的.     

衬底温度对Zn0.85 Mg0.13 Al0.020薄膜结构和发光特性的影响

采用射频磁控溅射方法,在Si(111)基片上制备出Zn0.85Mg0.13Al0.02O薄膜。X射线衍射(XRD)证实Zn0.85Mg0.13Al0.02O薄膜为单相六角钎锌矿结构,衬底温度从室温升高到500℃,薄膜沿c轴择优生长。原子力显微镜(AFM)测量显示薄膜表面粗糙度随衬底温度的升高由9.32nm增加到19.94nm。荧光光谱仪(PL)测量显示薄膜在397nm附近有强的紫光发射,在486nm处有弱的蓝光峰,随衬底温度的升高紫峰强度提高15倍。在可见光范围内,薄膜平均透过率随衬底温度的升高由75%增加到95%,薄膜光学带隙分别为3.18,3.18和3.19eV。分析表明紫峰来自于自由激子复合,蓝峰由俘获在施主能级Zn填隙中的电子与俘获在受主能级Zn空位中的空穴复合而产生发光。     

磁控溅射MgxZn1-xO薄膜的结构与光学性能研究

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积了MgxZn1-xO(x=0～0.2)薄膜.采用X射线衍射仪、紫外-可见光分光光度计和荧光光谱仪研究了Mg掺杂量对MgxZn1-xO薄膜结构与光学性能的影响.XRD图谱表明,MgxZn1-xO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且呈现出C轴择优生长特性,当x>0.1时薄膜出现(100)面衍射峰,薄膜的c轴择优生长特性减弱,随着x值的增加,晶格常数c逐渐减小.紫外可见光透射光谱表明,Mg的掺入提高了薄膜在可见光范围内的透过率,同时使薄膜的禁带宽度增大.PL谱分析显示,Mg的掺入使薄膜的紫外发射峰和蓝光发射带发生蓝移,当x=0.1时近带边发射峰与杂质发射的强度比值最高.     

Zn1-xCdxTe三元量子点的微波合成及其生物相容性研究

采用微波辐射加热的方法,在水相中一步合成出高质量的谷胱甘肽修饰的Zn1-xCdxTe三元量子点,利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(PL)等技术表征产物的物相结构和光学性质。研究了不同反应条件(如反应时间、Cd2+/Zn2+投料比、反应温度、前驱体溶液pH值)对量子点荧光性能的影响。采用MTT法研究Zn1-xCdxTe三元量子点的细胞毒性,进一步将制备好的三元量子点与肌动蛋白抗体结合作为荧光探针初步应用于细胞标记。     

MgxZn1-xO薄膜的红外光谱及其表面浸润性

采用溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和荧光光谱仪等测试分析薄膜的微结构、表面形貌、红外光谱和光致发光特性等,研究结果表明,薄膜中的Zn O成分均呈六角纤锌矿结构,当x=0.15时,薄膜中有Mg O成分析出;随着x从0增大到0.15,均方根粗糙度不断减小;1038 cm-1附近的吸收峰对应于Si-O-Si的对称和反对称伸缩振动模,408 cm-1附近的吸收峰对应于六角结构Zn O的Zn-O振动模,900 cm-1附近的吸收峰则对应于SiO键伸缩振动模,该吸收峰强度的减弱说明薄膜中Si-O键数目减少。近带边发射峰位由410 nm蓝移到370 nm与薄膜导带底或价带顶的局域能级、薄膜禁带宽度变化等因素有关,可见光发射带是单离子氧空位(VO+)和氧填隙(Oi)等薄膜本征缺陷相互竞争的结果。用接触角测试仪测试薄膜的表面接触角,研究Mg含量对薄膜的表面浸润性及其光诱导可逆转变的影响,并探讨其形成机理。     

掺Ho3+钛酸锶钡薄膜的结构及发光性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了1mol%、3mol%、5mol%、8mol% Ho³⁺掺杂的Ba_0.65Sr_0.35 TiO₃薄膜, 研究了薄膜的表面AFM、XRD谱、光学透射谱和光致发光谱. 结果表明: Ho³⁺浓度从1mol%增加到8mol%时, BST薄膜的晶格常数先增大后减小; 位于615、650和750nm处的发光, 分别对应⁵F₃→⁵F₇、⁵F₅→⁵F₈和⁵S₂、⁵F₄→⁵F 的跃迁, 发光谱和⁵S₂, ⁵F4的寿命谱分析表明, 在Ho³⁺浓度为3mol%时三个发光带强度均最大. 并分析了Ho³⁺与Ba²⁺/Sr²⁺/Ti⁴⁺的离子位置替代机制及交叉弛豫机制.     

Ni2+掺杂ZnO薄膜及粉体的结构和发光性能研究

采用激光脉冲沉积法,用XeCl准分子激光器在Si (100)基片、真空和5Pa氧气气氛下制备了Ni2+(0.8％(原子分数))掺杂的呈六角纤锌矿结构的ZnO薄膜.氧气气氛下制备的薄膜沿(002)取向生长,表面比较平整,平均颗粒尺寸为80nm.真空条件下制备的薄膜出现Zn2SiO4杂相,平均颗粒尺寸为150nm.和真空条件下制备的薄膜相比,氧气气氛下制备的薄膜具有较强的ZnO本征发光,在425nm附近出现由于填隙Zn缺陷引起的较宽的蓝光发光带,并且在482nm处出现了由于氧空位和氧间隙间的转换引起的较强的蓝光发光峰,同时由于氧缺陷引起的449nm附近的蓝光发光峰强度明显降低.     

立方相MgxZn1-xO纳米晶体薄膜的物理特性

介绍了在Si衬底和石英玻璃衬底上生长的立方相MgxZn1-xO(0.55≤x≤1)晶体薄膜的物理特性,AFM和XRD等微结构特性表征显示了良好的表面形貌和高度的(111)取向生长特性.采用Manifacier方法,根据透射光谱中的干涉峰,计算得到立方相MgxZn1-xO薄膜的折射率.与已报道的六方相MgxZn1-xO(0≤x≤0.5)薄膜的折射率相类似,在400～800nm的可见光区域,不同Mg含量的立方相MgxZn1-xO薄膜,其折射率随入射波长的色散关系遵循一阶Sellmeier方程.对给定400nm的入射光波长,当薄膜中的Mg含量由55%增至100%时,其折射率由1.89衰减至1.73.     

溅射法生长 MgxZn1- xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在不同衬底上制备出了MgxZn1-xO薄膜。X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究结果表明,薄膜为六角纤锌矿结构,具有(002)方向择优取向;随氧分压增加,(002)衍射峰的角度变大,表征薄膜表面粗糙程度的方均根粗糙度减小。室温光致发光谱中有多个紫外及可见光致发光峰,其中344nm发光峰应来源于近带边发射。室温透射谱表明薄膜在可见光区具有极高的透过率,薄膜的吸收边位于340nm附近,进而估算出Mg、Zn1-xO薄膜的带隙宽度为3．59eV,与光致发光结果一致。     

CuO/SiO2复合薄膜的微观结构和发光特性分析

采用射频磁控共溅射法在硅衬底上沉积Cu/SiO₂ 复合薄膜,然后在N₂保护下高温退火,再于空气中自然冷却氧化,制备出低维CuO纳米结构,并对其微观结构和光致发光进行研究. 退火温度为1100℃时样品中主晶相为立方晶系的CuO（200）晶面,薄膜样品表面出现纳米线状结构,表面组分主要包括Cu、O元素,冷却氧化形成CuO/SiO₂复合薄膜. 该温度下退火后,光致发光谱中出现紫外光和紫光,这是由于复合薄膜中CuO的导带底到Cu空穴缺陷能级的跃迁导致的.     

掺Ho^3＋钛酸锶钡薄膜的结构及发光性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了1mol%、3mol%、5mol%、8mol%Ho3 掺杂的Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜,研究了薄膜的表面AFM、XRD谱,光学透射谱和光致发光谱.结果表明:Ho3 浓度从1mol%增加到8mol%时,BST薄膜的晶格常数先增大后减小;位于615、650和750nm处的发光,分别对应5F3→5F7、5F5一fF8和5S2、5F4一5F7的跃迁,发光谱和5S2,5F4的寿命谱分析表明,在Ho3 浓度为3mol%时三个发光带强度均最大.并分析了Ho3 与Ba2 /Sr2 /Ti4 的离子位置替代机制及交叉弛豫机制.     

Al2O3薄膜的发光性能及其结构研究

以高纯铝为靶材,在不同氧氩比例下,采用直流反应磁控溅射法制备了Al2O3薄膜。用F-4500型荧光分光光度计测量其荧光光谱,观察到416 nm和438 nm处的光致发光发射谱（PL）,是由于氧空位充当的色心所致,且随着氧氩比例的增加,峰的位置基本不变,强度先上升后下降,这是由于氧氩比例的改变导致氧空位浓度变化引起的。通过对未退火及不同温度退火样品的XRD分析发现：室温沉积的Al2O3薄膜为非晶态,400℃退火开始有晶体出现,且退火温度越高,结晶性能越好。     

半导体材料β-FeSi2的发光性质研究

半导体材料β-FeSi2作为一种新型的光学活性材料引起了人们的广泛关注。β-FeSi2材料的发光波长在1．5μm,是光纤通信的重要波段,且能与已经发展起来的硅集成工艺兼容。文章概述了近年来β-FeSi2材料发光性质的研究成果,尤其是在改善发光性能上所做出的努力,为实现材料在器件上的应用和进一步的材料研究提供了有益的参考。     

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.     

a-SiOx∶C薄膜的结构与发光特性研究

采用双离子束共溅射法制备了SiOx∶C薄膜.对样品的XRD和TEM测试结果表明薄膜为非晶结构;PL谱图显示有两个发光峰分别位于420 nm(紫光)、470 nm(蓝绿光)处;470 nm处的发光峰位来自于硅基薄膜中富硅引起的中性氧空位缺陷(O3Si-SiO3),是由与氧原子配位的二价硅的单态以及三态-单态之间的跃迁所致,而与掺碳无关.进一步的XPS测试分析表明,420 nm处的PL峰位可能来自于Si、C、O三者组成的复杂的结构.     

镁含量和热处理对Zn_(1-x)Mg_xO薄膜结构的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6)薄膜。X射线衍射谱测试结果发现,在0.1x0.3范围内薄膜仍然保持纤锌矿结构,(002)衍射峰向大角度方向移动,超过0.3时出现氧化镁立方相。对于Zn0.7Mg0.3O薄膜,在5、5.5、6℃/min的升温速率下,升温速率越快结晶程度越好。在相同升温速率下,随着退火温度从500℃升高到560℃,样品的结晶程度变好,当退火温度达到590℃时结晶程度变差。