Ti掺杂ZnO纳米薄膜的微结构/生长取向程度及其光致发光特性研究

采用射频(RF)反应磁控溅射技术在Si衬底上分别制备了具有(100)方向生长的ZnO薄膜和Ti掺杂ZnO薄膜(ZnO∶Ti).利用X射线衍射(XRD)和光致荧光发光(PL)表征技术,研究了不同Ti掺杂浓度对ZnO薄膜微观结构和光学性能的影响.结果显示,Ti掺杂前后ZnO薄膜都具有六角纤锌矿结构,同时均表现出沿(100)方向的择优生长特性;掺入2%Ti元素后薄膜的织构系数Tc(100)明显增加,表明Ti的掺入对ZnO薄膜的结晶取向程度有一定影响.与未掺杂的ZnO薄膜相比,ZnO∶Ti薄膜的衍射峰发生宽化且峰强减小,薄膜的结晶质量下降.改变Ti的掺杂量,发现Si衬底上制备的薄膜发光强度和发光峰位随掺杂浓度发生相应的改变.

Ti掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究

在掺杂量为1.04 at%-1.39 at%的范围内,Ti掺杂ZnO体系吸收光谱分布和电导率的实验结果存在争议均有文献报道,但是,迄今为止,对此未有合理的理论解释.为了解决存在的争议,本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势GGA+U的方法,用第一性原理构建了两种不同掺杂量Zn_(0.9792)Ti_(0.0208)O和Zn_(0.9722)Ti_(0.0278)O超胞模型,所有模型在几何结构优化的基础上,对能带结构分布,态密度分布和吸收光谱分布进行了计算.计算结果表明:在本文限定的掺杂量范围内,Ti掺杂量越增加,掺杂体系体积越增加,体系总能量越升高,体系稳定性越下降,形成能越升高,掺杂越难,掺杂体系布居值减小,Ti-O键长变长,共价键减弱,离子键增强,所有掺杂体系均转化为n型化简并半导体;掺杂体系带隙越变宽,吸收光谱蓝移越显著,电子有效质量越增加,电子浓度越增加,电子迁移率越减小,电子电导率越减小,掺杂体系导电性能越差.计算结果与实验结果相符合.对存在的问题进行了合理的理论解释.对Ti掺杂ZnO光电功能材料的设计和制备有一定的理论指导作用.

基于柔性衬底的Ti、F共掺ZnO透明导电薄膜的制备及其性能研究

为了制备出高性能的可挠透明导电薄膜,采用脉冲激光沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上制备了Ti、F共掺的Zn O(TFZO)透明导电薄膜。研究了不同衬底温度、氧分压及F的掺杂量对TFZO薄膜电学性能和光学性能的影响。实验结果表明,在衬底温度为150℃,氧分压为0.5 Pa,Ti、F掺杂量各为1%(原子比)时,制备的TFZO薄膜的电阻率达到1.69×10-3Ω·cm,可见光范围内平均透过率为81%。对薄膜进行弯曲可靠性测试和疲劳测试,向内、向外弯曲半径大于10mm时,薄膜电阻基本没有变化,在15 mm条件下弯曲1000次后薄膜亦无明显的电阻变化。