ZnO∶Mn稀磁薄膜光学性质和铁磁行为分析

采用脉冲激光沉积技术在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上制备了不同Mn掺杂浓度的ZnO薄膜。实验结果表明,合适浓度的Mn的掺入,有利于ZnO∶Mn薄膜(002)生长而不形成Mn的氧化物,同时,所有的薄膜均呈现出了室温铁磁特性。随着Mn含量的增加,薄膜光学带隙红移,对应的Mn离子电荷转移跃迁吸收逐渐增强,磁化强度逐渐减小。实验结果支持薄膜的铁磁性起源于替位的Mn离子之间的长程铁磁相互作用,Mn离子增加导致平均磁矩减小,可归因于邻近的Mn离子密度的增加引起的反铁磁作用增强,相对应的sp-d交换作用逐渐增加。     

ZnO基稀磁半导体进展

近10年来,ZnO基稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductors,DMS）引起了人们的争论和高度关注。最初的关注是针对T．Dietl对Mn掺杂ZnO的高于室温的铁磁性预报值引起的,随后有大量的关于过渡金属（Transition Metal,TM）掺杂ZnO薄膜的铁磁性的报告发表。     

Cu掺杂ZnO纳米粒子的光学性能及铁磁性

利用溶胶凝胶法制备了纳米结构的Cu掺杂ZnO基稀磁半导体,通过X射线衍射分析表明,样品为纯相ZnO纤锌矿结构,磁性测量表明样品在室温下呈室温铁磁性,铁磁性来源为氧化锌晶格中的缺陷与Cu2+离子之间的交换作用。室温光致发光(PL)谱观察到紫外带边和可见光区两个发射峰,且随着Cu掺杂量增加,紫外峰淬灭,可见峰发射增强。     

ZnO以及Fe掺杂ZnO的光学性质和室温铁磁性研究

采用共沉淀法制备出不同掺杂浓度的Zn1-xFexO(0.00≤x≤0.10)粉末样品,研究掺杂浓度的不同对其结构、光学性质以及室温铁磁性的影响。采用X射线衍射仪、红外光谱仪、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪、振动样品磁强计对样品的结构、光学性质和磁性进行测试分析。结果表明:所有Zn1-xFexO样品都具有单一六方纤锌矿结构,没有出现第二相杂质。对紫外波段吸收率高达95%,掺Fe后可见光波段的吸收率与纯ZnO相比有明显提高,掺杂使得带隙宽度Eg由纯ZnO的3.20eV减小到3.11eV。样品光致发光主要有397nm的紫外发射和450,466nm处的蓝光发射,Fe的掺入降低了ZnO的发光强度,但并不影响其发光峰位。样品显示明显的室温铁磁性,磁性随掺杂浓度升高而减弱。     

Ge掺杂ZnO薄膜光学特性的研究

采用射频磁控共溅射法在硅基片上沉积了Ge掺杂ZnO薄膜,所制备的样品具有强蓝光发射和弱黄光发射.通过分析Ge掺入量和退火温度对发光谱的影响,并与相同条件下所沉积的纯ZnO薄膜的发光特性进行比较,结果表明,蓝光发射可能与Ge杂质形成的施主能级有关,弱黄峰可能源于Ge替代Zn空位形成的杂质能级到价带的跃迁复合.     

掺钼氧化锌透明导电薄膜光学性质研究

采用直流磁控反应溅射制备了掺钼氧化锌透明导电薄膜。研究了掺钼氧化锌薄膜的结构、表面形貌及其光学和电学性能。原子力显微镜扫描显示薄膜表面较为平整致密。制备出的掺钼氧化锌薄膜最低电阻率为9.4×10-4Ω.cm,相应载流子迁移率为27.3cm2V-1s-1,载流子浓度为3.1×1020cm-3。在可见光区域的平均透射率大于85%,折射率(550nm)为1.853,消光系数为7.0×10-3。通过调节氧分压可以调节薄膜载流子浓度,禁带宽度随载流子浓度的增加由3.37增大到3.8eV,薄膜的载流子有效质量m*为0.33倍的电子质量。     

掺铝氧化锌透明导电薄膜的表面织构研究

利用中频直流磁控反应溅射法在玻璃衬底上首先制备了掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜,然后利用5%的氯化铵(NH4Cl)溶液对制备的AZO薄膜进行表面织构。利用扫描电子显微镜(SEM)、四探针法和分光光度计分别测量并研究了织构前后薄膜的表面形貌、电学和光学特性。研究结果表明NH4Cl水溶液容易控制AZO的表面织构过程,并且可以获得较好的绒面。表面织构后,薄膜在可见光波段的平均反射率从12%降低到7.86%,而电阻率略有增大,该结果和表面织构结果一致。     

Structural and Optical Properties of Co-Doped ZnO Thin Films

Co-doped zinc oxide thin films (Zn_1–xCo_xO) have been deposited on c-plane sapphire substrates by dual-beam pulsed laser deposition. The films have lattice parameters similar to that of ZnO, and the lattice parameters are closely distributed. The films grew along a preferred direction, following the epitaxial relationship Zn_1–xCo_xO (0001)substrate (0001). Excitonic emission was suppressed at higher Co-dopant concentration in ZnO because of increase in the distortion of host lattice and defects. When more Zn is replaced by Co, more impurity levels are developed within the bandgap, and more defect are generated. Under our experimental conditions, the bandgap of the films tends to increase with increasing dopant concentration.     

S掺杂ZnO薄膜光电特性的研究

采用射频磁控溅射法,在玻璃基片上生长了ZnO:S薄膜。XRD测试表明所制薄膜为六角纤锌矿结构,具有明显的(002)衍射峰。室温下的透射光谱测量结果表明,随着S掺入量的增加,ZnO:S合金薄膜的吸收边向长波长方向移动,但在可见光部分有较高的透过率。在此基础上计算了各样品的禁带宽度,结果表明,在S掺入量小于8%的范围内,随着S掺入量的增加,禁带宽度减小。样品紫外光电导特性明显,在波长365nm、功率4000μW/cm2紫外光源照射下,紫外光与可见光所对应光电流响应之比可达3。     

掺氮ZnO薄膜的制备及其光电性能

在保持氩气流量一定,通过改变O2与N2的流量比,以高纯锌为靶材,通过射频磁控溅射技术在石英玻璃衬底上生长氮掺杂ZnO薄膜。采用XRD、荧光光谱、扫描电镜及皮安表对薄膜的晶体结构、光学性能、表面和截面形貌及电学性能进行了表征。结果表明：氮掺杂ZnO薄膜仍具有高度的c轴择优取向;氮以受主杂质形式存在可有效降低薄膜的电阻率;薄膜中氮含量的相对变化是影响ZnO薄膜晶体质量和光电性质的重要因素。     

Cr掺杂ZnO薄膜晶体结构及光学性能的研究

采用磁控溅射法在载玻片上制备了不同Cr掺杂浓度的ZnO薄膜,并对其紫外发光性能做了初步研究.XRD结果表明,所制备的样品具有纤锌矿结构,呈c轴择优取向生长;透射谱表明,改变Cr掺杂浓度可以使ZnO薄膜的吸收边向短波方向移动,并且薄膜的禁带宽度连续可调;光致发光(PL)谱表明,所有样品的PL谱由发光中心位于370nm的紫外发光峰组成,且该峰的峰位蓝移,与吸收边缘移动的结果吻合.2.0%(原子分数,下同)的Cr掺杂可以提高ZnO的紫外发光强度,而过量的Cr掺杂反而会降低其紫外发光强度.     

纳米Ag夹层ZnO薄膜的光电性能

用射频磁控溅射ZnO陶瓷靶、直流磁控溅射Ag靶的方法在室温下制备了Ag纳米夹层结构ZnO薄膜．用X射线衍射仪、紫外一可见分光光度计、四探针电阻测量仪和原子力显微镜对薄膜样品的结构、光学透过率、面电阻和表面形貌进行表征．结果表明,ZnO衬底有利于Ag夹层形成连续膜．随着Ag层厚度的增加,Ag夹层ZnO薄膜呈现多晶结构,Ag（111）衍射峰强度增强,面电阻先迅速下降后缓慢下降．随着ZnO膜厚度的增加,Ag夹层ZnO薄膜的透射峰红移．制得样品的最佳可见光透过率高达92．3％,面电阻小于4．2Ω／□．