两步氧化法制备ZnO薄膜及其光催化特性研究

本文采用热蒸发法在玻璃衬底上沉积Zn膜,然后在氧气中通过两步热氧化制备ZnO薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外透过光谱等表征技术,研究了氧化温度对ZnO薄膜结晶质量和光学性能的影响。研究结果表明,两步氧化法在400℃下氧化1 h后的样品中除含有ZnO成份外,还有少量金属Zn存在;525℃下氧化1 h可以制备出疏松多孔的ZnO薄膜,其在紫外光和可见光范围内的透过率可达85%。通过太阳光和紫外光(254 nm)催化降解苯酚实验,发现两步氧化法制备的ZnO薄膜具有良好的光催化特性:太阳光照10 h后苯酚降解率达到56%,紫外灯下苯酚降解率高达86%。此外,ZnO薄膜的光催化重复利用实验表明,经过H2O2溶液清洗干燥处理后,ZnO薄膜可以基本恢复其光催化能力,此特性为ZnO薄膜的重复利用提供了很好的实验依据。

衬底对原位氧化制备的ZnO薄膜结构和光学性质的影响

采用射频反应溅射法在不同衬底上制备Zn3N2薄膜,然后对其原位氧化制备ZnO薄膜。利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)等表征技术研究了不同衬底对ZnO薄膜的结晶特性和发光性能的影响。XRD研究结果显示:Zn3N2薄膜在500℃原位氧化3 h后完全转变为ZnO薄膜,在玻璃和熔融石英衬底上制备的多晶ZnO薄膜无择优取向,而单晶硅(100)衬底上的多晶ZnO薄膜具有较好的沿(002)方向的择优取向。PL测试结果显示:硅和熔融石英衬底上的多晶ZnO薄膜发光性能良好,激子复合产生的紫外发光峰很强,且半高宽较窄,而来自于深能级发射的绿色发光峰很弱;而玻璃衬底上的多晶ZnO薄膜发光性能较差。

溅射气压对HfO_2薄膜结构和光学性能的影响

HfO2薄膜的结构和光学性能与反应溅射时使用的气压有很强的依赖关系。薄膜的晶粒生长取向、生长速率和折射率明显受溅射气压的影响。所有的薄膜均为单斜相,晶粒尺寸在纳米量级。薄膜的折射率在1.92～2.08范围内变化,透过率大于85%。结果表明,这些HfO2薄膜很适宜用作增透膜或者高反膜。此外,通过Tauc公式推出光学带隙在5.150～5.433eV范围内变化,表明样品是良好的绝缘体。

衬底温度对HfO_2薄膜结构和光学性能的影响

采用直流磁控反应溅射法,分别在室温,200,300,400和500℃下制备了HfO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱(SE)和紫外可见光谱(UVvis)研究了衬底温度对HfO2薄膜的晶体结构和光学性能的影响。XRD研究结果显示:不同衬底温度下制备的HfO2薄膜均为单斜多晶结构;随衬底温度的升高,(-111)面择优生长更加明显,薄膜中晶粒尺寸增大。SE和UVvis研究结果表明:随衬底温度升高,薄膜折射率增加,光学带隙变小;制备的HfO2薄膜在250～850nm范围内有良好的透过性能,透过率在80%以上。