F掺杂对溶胶-凝胶法制备的ZnO∶Fe薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn0.98-xFe0.02FxO(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)薄膜,进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见透过谱(UV-VIS)、光致发光(PL)多种测试手段研究了不同掺F浓度对Zn O∶Fe薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光的影响。结果表明:样品均为六角纤锌矿结构,当F掺杂浓度为2at%时,薄膜的结晶度最好且表现出明显的c轴择优取向。随着F掺杂浓度的进一步增大,薄膜的结晶性逐渐变差,c轴择优取向消失。F掺杂Zn O∶Fe薄膜在可见光区均有很高的透过率,平均可达93%。样品的禁带宽度随着掺F浓度的增加而减小。PL谱观察到Zn0.98-xFe0.02FxO薄膜的发射峰主要由紫外发射峰和蓝光发射峰组成,其中2at%F掺杂样品的紫外发射强度最大,同时蓝光发射强度随着F含量的增大逐渐减小。

Fe、Ni共掺杂ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上旋涂生长了ZnO、Fe,Ni单掺杂及(Fe,Ni)共掺杂ZnO薄膜。产物的显微照片及XRD图谱结果表明,该方法所制备的ZnO薄膜表面均匀致密,都存在(002)择优取向,具有六角纤锌矿结构,晶粒尺寸平均在13nm左右,振动样品磁强计(VSM)测试结果显示掺杂ZnO薄膜均存在室温铁磁性。光致发光(PL)测量表明所有样品薄膜的PL谱主要由较强的紫外发光峰(394nm)、蓝光峰(420nm)、绿光峰(480nm)组成。Fe、Ni单掺杂和共掺杂并不改变ZnO薄膜的发光峰位置,但掺杂后该紫外发光峰减弱,420nm处的蓝光峰增强。

RBS和XRD研究Fe、N共掺ZnO薄膜的制备

以Zn3N2:Fe为前驱物,用热氧化法在石英玻璃衬底上成功制备了一组Fe、N共掺杂的ZnO薄膜。用卢瑟福背散射(RBS)和X射线衍射(XRD)研究了Zn3N2:Fe在不同热氧化温度下的退火行为和结构演变。实验结果显示:刚长成的样品为Zn3N2:Fe薄膜;300oC氧化后,样品表层的Zn3N2:Fe转化为ZnO:(Fe,N),表层以下的膜层未被氧化;退火温度高于400oC时,Zn3N2:Fe薄膜全部转化为多晶结构的ZnO:(Fe,N)薄膜;500oC退火,薄膜开始向衬底扩散;600oC–700oC退火,薄膜向衬底扩散明显。在XRD灵敏度范围内,薄膜中未发现Fe团簇或与Fe相关的二次相(如Fe3O4、Fe2O3、FeO)。SQUID测量显示:在500oC退火条件下,ZnO:(Fe,N)薄膜的室温饱和磁化强度(Ms)最大。

ZnO:Fe薄膜制备、光学与电学性质研究

用双靶磁控溅射设备制备了ZnO:Fe薄膜。分析了铁靶溅射功率对薄膜的光学及电学性质的影响。X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)图像表明:ZnO:Fe薄膜为六角纤锌矿结构,且具有非常好的沿垂直于衬底的c轴择优取向。当铁靶功率小于250W时,沉积速率随铁靶功率的增加而增加。随着铁靶功率的增加,透射光谱的吸收边有微弱蓝移,透过率在可见光区超过75%。掺铁后薄膜的电阻率只有10-2Ω.cm,远小于纯氧化锌的电阻率。通过实验得到ZnO:Fe薄膜的最佳制备条件。

溶胶-凝胶法制备ZnO及Fe掺杂ZnO薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO和Fe掺杂ZnO薄膜,并通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对所制备薄膜的表面形貌、结构和光学性能进行分析。结果表明,2种薄膜均表面光滑,为沿(101)晶面取向的纤锌矿结构;与ZnO薄膜相比,Fe掺杂ZnO薄膜表面更光滑,且晶粒尺寸从58.512nm减小到36.460nm;另外,Fe掺杂后,沿(101)晶面的取向程度减弱,且禁带宽度由3.1eV增大到3.4eV。

ZnO∶Fe薄膜的光催化活性研究

以二水合乙酸锌、无水乙醇、二乙醇胺为主要原料,采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上沉积制备出了不同Fe掺杂浓度的ZnO薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)等对样品的结构和形貌等进行了测试和表征,并研究了不同掺杂浓度的ZnO∶Fe薄膜对亚甲基蓝降解率的影响。结果表明:所制得的ZnO∶Fe薄膜致密、均匀。ZnO∶Fe薄膜的光催化活性优于未掺杂的ZnO薄膜。Fe最佳掺杂浓度为1.5mol%,这时所形成的光催化剂经150min光照后对亚甲基蓝的光催化降解率达到93%,比纯ZnO薄膜的光降解率提高了42%。

退火气氛对ZnO∶Fe薄膜微结构和铁磁性能的影响

采用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了Fe掺杂ZnO纳米薄膜,并在真空和空气中对其进行热处理,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微(SEM)、对其微结构、表面和断面形貌进行测试。结果表明,样品均呈现六角纤锌矿结构,薄膜沿c轴方向择优生长,发现退火气氛对薄膜的微结构有一定影响,当空气中退火时,出现了最强的(002)衍射峰,晶粒变为最大,薄膜的结晶度和取向性都明显变好。利用振动样品强磁计(VSM)对样品的铁磁性进行测试,发现真空中退火的样品饱和磁化强度比空气中退火的要大得多,并经分析认为这可能是薄膜中氧缺陷引起的。

升温速率对Sol-Gel制备ZnO及Fe_(0.01)Zn_(0.99)O薄膜性质的影响

为探究升温速率对ZnO及Fe_(0.01)Zn_(0.99)O薄膜的晶体结构、光谱性质的影响,采用Sol-Gel法在石英玻璃上制备ZnO及Fe_(0.01)Zn_(0.99)O薄膜,通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、TU-1901双光束紫外–可见光光度计检测手段对样品进行结构、吸收及透射光谱的分析,从而获得制备ZnO及Fe_(0.01)Zn_(0.99)O薄膜的最佳升温条件。测试结果表明,ZnO、Fe_(0.01)Zn_(0.99)O薄膜在不同的升温速率下表现出良好的六角纤锌矿结构,并且薄膜有较好的透射率。当升温速率为1℃/min时,ZnO薄膜晶粒尺寸最大,且沿c轴择优取向生长,透射率较好;当升温速率为5℃/min时,Fe_(0.01)Zn_(0.99)O薄膜晶粒尺寸较大,样品沿c轴择优取向生长,透射率最好。

退火气氛对Al-F共掺杂ZnO薄膜结构和光电性能的影响

用射频磁控溅射法制备了Al-F共掺杂ZnO(ZnO(Al,F))透明导电薄膜,研究了不同退火气氛对ZnO(Al,F)薄膜的结构、电学和光学特性的影响。结果表明:在真空和还原性气氛中退火后的薄膜透光率呈现'蓝移'趋势,在空气中退火处理后的薄膜透光率则表现为'红移';在真空中,400℃×60min的退火处理,使ZnO(Al,F)薄膜的电阻率降低至1.41×10^(-3)Ω·cm,透光率则上升到93%以上,有效提高了薄膜的光电特性;所有退火气氛下,薄膜均具有(002)单一择优取向的多晶六方纤锌矿结构;薄膜的晶粒尺寸为25～30nm。

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。

F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究

本文采用磁控溅射技术,对F和Al共掺杂ZnO(FAZO)薄膜进行研究,系统地研究了溅射气压对薄膜结构、形貌、光电等特性的影响.实验研究结果表明:F,Al共掺入并未改变ZnO的生长方式,所制备的薄膜都呈(002)择优生长;随着溅射气压增加,FAZO薄膜的沉积速率降低,结晶质量恶化,表面形貌由“弹坑状”逐渐变为“弹坑状”与“颗粒状”并存的形貌特性,表面粗糙度增加.在0.5 Pa时制备的FAZO薄膜性能最优,迁移率40.03 cm2/(V·s),载流子浓度3.92×1020 cm–3,电阻率最低,为3.98×10–4 ΩW·cm,380-1200 nm平均透过率约90%.理论模拟结果表明:F和Al的共掺杂兼顾了F,Al单独掺杂的优点,克服了以往金属元素掺杂仅依靠金属元素轨道提供导电电子的不足,实现了既增加载流子浓度又减少了掺入原子各轨道间相互作用对载流子散射的影响.掺入的F 2p电子轨道对O 2p及Zn 4s电子轨道产生排斥,使它们分别下移,提供导电电子;同时掺入的Al的3s和3p电子轨道也为导电电子提供了贡献.F和Al共掺之后载流子浓度提升更加显著,导电性能增强.

退火气氛对Al-F共掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

通过溶胶．凝胶法，采用Al、F共掺杂的方法在4种不同的气氛下制备ZnO薄膜，研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电阻率和透光性随退火气氛的变化关系．制备的Al：F：ZnO薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜．4种退火气氛相比，在空气气氛下退火时，平均晶粒尺寸最大，为43．4nm，导电性能最好，电阻率可低达6．5×10^-2Ω·cm。4种退火气氛下，薄膜在可见光范围内的平均透过率均达到了75％以上，其中，空气气氛下退火时薄膜的透光性最好。

柔性衬底上制备氟、镓共掺杂氧化锌透明导电薄膜及其光电性质研究

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Ga、F共掺杂的Zn O透明导电薄膜。采用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、原子力显微镜和霍尔测试仪等手段对薄膜性能进行了表征。制备过程中通过控制沉积时间、Ga掺杂量、衬底温度和氧气流量等实验条件,比对研究了各参数对薄膜性能的影响。为了分析各参数对实验结果影响的重要性,采用正交实验法设计实验,并对结果进行正交分析、极差方差分析。得出了各个实验条件对结果影响的大小顺序和最优的制备条件。结果表明,掺杂量和沉积时间对于薄膜的光电性能影响较大,Ga掺杂量取1.0%(原子比),且沉积时间较短的薄膜透光率较好;Ga掺杂量取1.0%,且沉积时间较长的薄膜导电性能较好。

退火氧压对Zn_(0.99)Fe_(0.01)O薄膜的结晶质量及其激光感生电压效应的影响

采用脉冲激光沉积法(PLD)在Al2O3衬底上成功制备了Zn0.99Fe0.01O薄膜,研究了退火氧压对Zn0.99Fe0.01O薄膜的晶体结构及其激光感生电压(LIV)效应的影响。X射线衍射仪分析结果表明,Zn0.99Fe0.01O具有六角纤锌矿结构,并且是沿[001]取向近外延生长。同时随着退火氧压的增大,薄膜的晶粒尺寸先增大后减小,退火氧压为2000 Pa时薄膜晶粒尺寸最大,结晶质量最好。另外在10°倾斜的Al2O3单晶衬底上制备的Zn0.99Fe0.01O薄膜在3000 Pa的退火氧压下可以观察到最大的LIV信号,达到79.5 mV。