溶胶-凝胶旋涂法制备In-N共掺ZnO薄膜及其光学性能研究

ZnO是目前使用广泛的半导体材料,但本征ZnO存着在一定的缺陷,现通过溶胶-凝胶旋涂法分别以乙酸锌(Zn(CH_(3)COO)_(2)·2H_(2)O)为锌源、硝酸铟(In(NO 3)_(3)·H_(2)O)为铟源、氯化铵(NH_(4)Cl)为氮源制备了In-N共掺的ZnO薄膜,由此来改善其相关性能。所制备样品的晶格结构、表面形貌、光学透过率及光学带隙分别通过X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)来进行表征和分析。结果表明:随着N掺杂量的增加,In-N共掺ZnO薄膜的结晶度有了明显的改善,晶粒大小均匀且尺寸逐渐减小,光透过率逐渐增加,相比于单掺样品禁带宽度减小。当N掺杂量为8.0 at%时,ZnO薄膜的晶粒尺寸及分布最为均匀、表面平整、光透过率达90%、禁带宽度轻微减小,所形成的薄膜质量最好。

溶胶-凝胶旋涂法制备In掺杂ZnO薄膜结构和光学性能的研究

采用溶胶-凝胶(sol-gel)旋涂法在常规玻璃衬底上生长了In掺杂浓度分别为1at%、2at%、3at%、4at%、5at%的ZnO薄膜。借助X射线衍射仪(X RD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对样品的晶粒生长、结构以及光学性能进行表征。结果如下:所制备的薄膜均沿(002)方向择优生长,且随着In^3+掺杂浓度增加,衍射峰的峰型及半高宽均呈先降低后升高的趋势;In^3+掺入后,ZnO薄膜晶粒由原来的六边形状发展成类似蠕虫状,同时粒径变小且大小不一;与本征样品相比,掺杂后的ZnO光透过率提高了10%,且吸收边向短波长方向偏移,同时随着In^3+的掺入,薄膜的光学带隙值从3.49 eV增加到3.80 eV。当In^3+掺杂浓度为4at%时,薄膜(002)峰的峰形最为尖锐、峰值最大,晶粒较为均匀、晶格间距更小,光透过率最高,光学带隙值相对较大为3.77 eV。

前热处理对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜微结构的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法,以醋酸锌、乙二醇甲醚和乙醇胺为反应前驱物,在不同前热处理温度下制备了ZnO纳米薄膜.采用XRD和SEM研究了前热处理温度对ZnO薄膜微结构的影响,并剖析了溶胶溶液中存在的反应和产物.单采用前热处理得不到结晶性很好的(002)择优取向的ZnO纳米薄膜.当前热处理温度为250℃时,经过400℃后热处理后ZnO薄膜的(002)择优取向性最佳.前热处理时湿膜中未完全分解的有机物在后热处理过程中的分解,以及过高的前热处理温度使得凝胶网络中的有机物剧烈脱附,对凝胶网络结构造成损伤,不利于薄膜(002)择优取向生长,前者是造成薄膜出现微米尺度均匀褶皱的根本原因.

La_(1-x)Ca_xMnO_3外延薄膜的制备、结构及磁电阻效应

采用溶胶-凝胶旋涂法在单晶LaAlO3(100)基片上生长了La1-xCaxMnO3(x=0,0.05,0.1,0.2)外延薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、聚焦离子束系统(FIB)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、振动样品磁强计(VSM)和磁性测量系统(MPMS)对样品的结构、形貌、价态、居里温度和磁电阻效应进行了研究.结果表明,薄膜为立方钙钛矿结构,具有明显的(100)外延生长取向和平整的表面.在居里温度附近,样品发生铁磁-顺磁转变.随着Ca2+掺杂量的增加,样品的居里温度升高,La0.8Ca0.2MnO3的居里温度为264 K.随温度的变化,样品发生了金属-绝缘体转变.样品还具有较大的磁电阻效应,在H=2.0 T,T=210 K时,La0.95Ca0.05MnO3的磁电阻达到80.9%.

TiO_2/SrTiO_3复合薄膜的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶旋涂法制备多孔结构的TiO2/SrTiO3复合薄膜,研究TiO2/SrTiO3异质结薄膜结构对光催化性能的影响,并采用XRD、SEM等测试手段对样品的结构和形貌进行表征.结果表明:TiO2/SrTiO3复合薄膜的光催化效率高于单一的TiO2薄膜或SrTiO3薄膜,薄膜的结构组成对复合薄膜的光催化效果影响很大.采用"四层SrTiO3及一层TiO2"的结构组成时,复合薄膜对亚甲基蓝溶液的光催化效率最高,2h降解率为72.1%.

Ag/Zn共掺杂TiO_(2)薄膜的制备及其光学性能

采用溶胶-凝胶旋涂法制备本征TiO_(2)、Ag单掺Ag-TiO_(2)及Ag/Zn共掺Ag/Zn-TiO_(2)的薄膜样品.测试结果表明:所有TiO_(2)薄膜样品的主要晶面是(101)且没有其他杂质晶面.Ag的掺杂使得样品的晶粒尺寸减小,样品的吸收边出现红移,带隙能减小,最小值为3.476 eV.与本征TiO_(2)和Ag-TiO_(2)相比,随着Zn掺杂原子数分数的增加,样品的(101)衍射峰呈现出先减弱后增强的趋势;样品的半高全宽增加,晶粒尺寸和晶面间距都减小,晶粒得到细化;薄膜的表面形貌得到修饰,变得更为平整、致密且均匀,孔隙和团簇相对较少;吸收边先蓝移后红移,吸光度增加,禁带宽度由3.515 eV减小到3.419 eV.样品中当Zn的掺杂原子数分数为2.00%时,(101)衍射峰最强,峰型最为尖锐,晶粒最小,表面形貌最佳,禁带宽度出现最小值为3.419 eV.

La_(1-x)Ca_xMnO_3薄膜的制备及结构和磁性研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在表面氧化的Si(100)基片上制备了La1-xCaxMnO3(x=0,0.1,0.15)薄膜.利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)及振动样品磁强计(VSM)对样品的结构、形貌和磁性进行了研究.结果表明:薄膜为正交钙钛矿结构,具有平整的表面,La0.85Ca0.15MnO3样品的薄膜厚度为334nm.样品在居里温度附近发生铁磁-顺磁转变,随着Ca2+掺杂浓度的增加,样品的居里温度变大,x=0.15时,样品的居里温度为299K.

Cu掺杂量对Zn-Cu共掺TiO2薄膜光学带隙的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法,分别以钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)为钛源、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为锌源、硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为铜源制备了不同掺杂量的Zn、Cu共掺TiO2薄膜。分别采用X射线衍射仪(XRD)、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对所制备的样品进行表征。结果表明:与本征TiO2和2.0 at%Zn^2+-TiO2相比,Cu^2+的掺杂减小了样品的晶面间距及晶粒尺寸、增加了样品的半高宽及比表面积,进而提高了薄膜的光催化活性能。随着Cu2+掺杂量的增加,样品沿(101)晶面择优取向先增强后减弱,薄膜的吸光度呈现先升高后降低的趋势,TiO2的带隙值由3.424 eV减小到3.325 eV。与本征TiO2和2.0 at%Zn^2+-TiO2相比,2.0at%Zn^2+-1.0 at%Cu^2+-TiO2的样品结晶度最好,(101)晶面择优取向最佳,薄膜表面的缺陷较少、较为均匀平整且吸光度更好,光学带隙值最小为3.325 eV。

SiO_2含量对FeCo/SiO_2复合薄膜结构和磁性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法并结合氢气还原工艺,在Si(001)基片上制备了FeCo/SiO2复合薄膜,利用X射线衍射、原子力显微镜和振动样品磁强计研究了SiO2含量对薄膜样品的结构、形貌和磁性能的影响。结果表明,随着SiO2含量的增加,FeCo/SiO2薄膜中FeCo的晶粒尺寸减小,样品的矫顽力呈现先略有降低然后增加的趋势。当w(Si O2)低于43%时,Fe Co具有较明显的(200)晶面择优取向。当w(SiO2)为23%时,FeCo的(200)晶面择优取向度最高,样品的矫顽力最小,复合薄膜具有较好的软磁性能和较大的垂直磁晶各向异性。

热处理温度对Co_(0.8)Fe_(2.2)O_4/SiO_2纳米复合薄膜结构和磁性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在经表面氧化的Si(100)基片上制备了Co0.8Fe2.2O4/Si O2纳米复合薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和振动样品磁强计对Co0.8Fe2.2O4/Si O2纳米复合薄膜的结构、形貌和磁性能进行分析,研究了热处理温度对复合薄膜结构和磁性能的影响。结果表明:热处理温度高于750℃时复合薄膜中Co0.8Fe2.2O4呈现尖晶石结构;当热处理温度从750℃升高到1 100℃,复合薄膜中Co0.8Fe2.2O4的晶粒尺寸从6 nm增大到34 nm,晶胞常数从0.836 9 nm增大到0.839 5 nm。样品的矫顽力随热处理温度的升高先增大后减小,经1 000℃热处理样品的矫顽力达到298.3 k A/m。

退火温度对多铁性YFeO_3薄膜的结构、光学及磁学性能的影响

采用溶胶–凝胶旋涂法在（111）掺钇氧化锆（YSZ）基片上制备了多铁性YFeO3薄膜,并用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外–可见分光光度计及磁性测量系统,研究了退火温度对YFeO3薄膜的微观结构、光学和磁学性能的影响。结果表明：YFeO3薄膜具有正交钙钛矿的多晶结构,退火温度高于1123K时,薄膜产生了（002）、（311）面的择优取向生长;但当退火温度提高至1223K时,由于再结晶,薄膜晶粒尺寸及表面粗糙度显著增大;YFeO3薄膜在可见光区具有明显的光响应性能,其带隙约为2.21~2.29eV;同时YFeO3薄膜具有室温铁磁性,提高退火温度,样品磁化强度变大,而矫顽力减小。

Ag掺杂对TiO_(2)薄膜光学性能的影响

氧化钛(TiO_(2))作为一种重要的半导体材料可应用于多个领域。实验通过溶胶-凝胶旋涂法,分别用钛酸丁酯(Ti(OC_(4)H_(9))_(4))提供钛源、硝酸银(AgNO_(3))提供银源,制备了TiO_(2)的本征和Ag单掺的薄膜样品。样品的结构、表面形貌及光学性能分别采用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、紫外-可见分光光度计(ultraviolet-visible spectrophotometer,UV-Vis)进行分析、表征。结果表明:所制备的样品均为锐钛矿相且沿(101)晶面取向择优生长。与本征TiO_(2)相比,Ag^(+)的掺杂并没有改变衍射峰的峰位或出现杂峰,样品的晶粒尺寸相对减小、晶面间距及半高宽均有所增大;样品的表面得到修饰,缺陷减少,变得更为致密、均匀、晶粒之间的排列更加有序;样品的吸收边出现红移的现象,带隙能减小。当Ag;掺杂量为1.5 at%时,样品的性能相对较好,表现为(101)衍射峰最为尖锐,晶粒尺寸最小,薄膜间的孔隙最少,禁带宽度最小为3.476 eV。