ZrO_2纳米晶尺寸及密度对电荷存储器件性能的影响

利用脉冲激光沉积方法制备了ZrO2纳米晶基电荷俘获型存储器件,并系统研究了纳米晶尺寸及密度对器件存储性能的影响。利用高分辨透射电子显微(HRTEM)技术表征了(ZrO2)0.6(SiO2)0.4薄膜的形貌及纳米晶尺寸。研究结果表明60s退火处理的存储器件具有最佳的存储窗口(4.4V)和数据保持能力(～5%)。

ZrO_2纳米晶基电荷俘获型存储单元非易失性能研究

本文制备并研究了ZrO2纳米晶基电荷俘获型存储器的电学性能。我们发现,通过高温退火处理,ZrO2纳米晶从非晶母相中析出,被母相所包围,从而起到存储媒介的作用。不同温度(25℃,85℃和150℃)下,经过105次写入擦除操作的器件的电荷损失量分别为6.6%,8.3%和12%(保持时间为4×104s)。

立方相Y掺杂ZrO_2纳米晶薄膜的制备与辐照效应研究

采用溶胶-凝胶结合旋涂法在单晶Si衬底上制备了立方相Y掺杂Zr O2纳米晶薄膜(YSZ),并分析了制备工艺参数对YSZ成膜的影响。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和透射电镜等手段对样品进行了表征和分析。结果表明,加入PVA作为分散剂、采用分级干燥工艺以及提高匀胶转速可大大提高YSZ薄膜的成膜质量,制备的YSZ薄膜表面十分平整,没有出现裂纹。YSZ薄膜为立方相结构,没有出现其它相。薄膜由平均晶粒尺寸为9.4 nm的纳米晶组成,薄膜的厚度约为60 nm。在室温条件下,低剂量的Xe离子辐照YSZ薄膜后出现微裂纹,而当辐照剂量比较高时,由于热峰效应,辐照引起的微裂纹逐渐发生愈合。并且,随着辐照剂量的增加,YSZ薄膜的平均晶粒尺寸增大。

纳米晶ZrO_2:Sm^(3+)的制备与发光性质研究

用化学共沉淀法制备了Sm3+掺杂浓度不同、煅烧温度不同的纳米晶ZrO2∶Sm3+系列发光粉体,所制备的粉体均具有Sm3+离子特征强室温荧光发射。通过XRD分析发现:经600℃煅烧2h后制备的纳米晶ZrO2∶Sm3+是四方相结构;经800℃煅烧2h得到的样品,以四方相为主,有少量单斜相;经950℃煅烧2h后得到的样品,以单斜相为主,四方相的比例较小。不同煅烧温度下样品发光性质研究表明:因经不同温度煅烧制备的样品所处晶体场环境不同,发光中心也不同,经800和950℃煅烧的样品中稀土离子占据两种不同的格位,其一为四方相格位,其二是单斜相格位;ZrO2基质与Sm3+之间有能量传递,单斜相结构更有利于能量传递。荧光强度与掺Sm3+浓度关系研究表明:荧光强度先随Sm3+浓度提高而增强,在浓度达0.7%(摩尔分数)时达到最大,然后又随之降低。

纳米晶ZrO_2∶Eu^(3+)的制备及发光性质

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2∶Eu3+发光粉体。室温下观测到Eu3+离子的强特征发射,主发射分别在590, 604nm处。观测到Eu3+离子电荷迁移态,并与其他研究系统观测到的Eu3+离子电荷迁移态基本相同。比较了不同掺杂比例和不同煅烧温度对Eu3+离子特征发射的影响。其他条件相同掺杂比例不同时,当n(Eu3+ )∶n(Zr4+ )为6%样品发射相对最强。而当掺杂比例相同改变煅烧温度时, 600℃煅烧的样品发光较强。分析了Eu3+离子对ZrO2 晶相的稳定作用。铕掺杂的纳米晶二氧化锆样品,随着样品煅烧温度的升高,样品的晶相结构只发生了细微变化。而纯纳米晶二氧化锆在煅烧温度升高时晶相发生了明显的变化。说明Eu3+离子起到了稳定ZrO2 基质晶相的作用。研究发现二氧化锆掺铕样品有较高的浓度猝灭,发射较强且色纯度较好。

纳米晶ZrO_2∶Pr^(3+)与ZrO_2∶Pr^(3+),Sm^(3+)发光研究

采用化学共沉淀法制备了纳米晶ZrO2∶Pr3+粉体,所制备的纳米晶ZrO2∶Pr3+粉体中Pr3+的强室温特征发射的两个主发射带为1D2—3H4和3P0—3H4跃迁。不同热处理温度下纳米晶ZrO2∶Pr3+晶体结构不同,因此它们的发光不同;ZrO2基质向Pr3+有能量传递,在高温煅烧得到的单斜相配位场中能量传递较好。荧光强度与Pr3+浓度的关系研究表明:3P0和1D2能级有不同的猝灭规律,由于[1D2,3H4]→[1G4,3F4]的交叉弛豫,使得1D2—3H4跃迁的猝灭浓度很低,在我们的实验中,掺0.1 mol%Pr3+时1D2—3H4跃迁发射最强,掺2 mol%Pr3+时3P0—3H4跃迁发射最强。文章制备的纳米晶ZrO2∶Pr3+,Sm3+中Sm3+的4G5/2—6H7/2跃迁荧光峰因Pr3+加入而增强,这除了两种离子某些能级相近产生荧光发射的叠加效应外,还存在Pr3+→Sm3+的能量传递。

纳米晶ZrO_2∶Er^(3+)的制备及发光性质

制备了纳米晶ZrO2∶Er3+发光粉体,所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射有蓝光和绿光两部分,其中位于406,474nm的蓝光较强。对不同煅烧温度下所制备的样品研究表明:因不同温度下所制得样品的晶相不同,绿光区的发光中心也不同。当四方相和单斜相达到一定的比例时,发光最强。同时观测到Er3+离子的上转换发射(包括绿光和红光两部分)。讨论了上转换发射的跃迁机制,976nm激发下的上转换过程是双光子过程。荧光强度与Er3+的掺杂浓度关系研究表明,Er3+在ZrO2中有浓度猝灭现象,最适宜掺杂浓度的原子数分数为0.9%(Er3+/Zr4+)。

ZrO2：Tb^3＋纳米晶的离子交换法制备及其发光特性

以强碱性阴离子交换树脂为交换介质,采用离子交换法制备了稀土Tb3+离子掺杂的ZrO2∶Tb3+纳米晶。通过XRD,TG-DSC,TEM,HRTEM等手段分析了样品制备过程的物相变化及晶粒形貌,用荧光光度计研究了样品的三维荧光光谱、激发光谱和发射光谱。结果表明:前驱沉淀物经800℃焙烧处理2 h,制备出近方型形貌,颗粒分散性好、尺寸约为40 nm的四方相ZrO2∶Tb3+纳米晶,当焙烧温度升高到900℃以上时样品出现了少量单斜晶相,而经800℃焙烧处理的纯ZrO2是以四方相和单斜相同时存在,说明稀土Tb3+离子的掺杂对ZrO2基质的四方晶相起到稳定作用。由ZrO2∶Tb3+的等角三维荧光光谱图显示Tb3+在ZrO2基质中的最佳激发波长为290 nm;在290 nm波长光的激发下观察到纳米ZrO2中Tb3+的发射峰位于491,545,582 nm分别对应于Tb3+的5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4能级跃迁,以491,545 nm的发射峰最强,其中经800℃焙烧处理的样品其5D4→7F6跃迁发射与5D4→7F5跃迁发射强度几乎相同,说明该法制备的纳米ZrO2∶Tb3+中5D4→7F6跃迁发射增强,使Tb3+发光的蓝色成分增加了。

纳米晶ZrO_2:Dy^(3+)的制备与发光性质研究

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2:Dy3+发光粉体,对不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品,均观测到Dy3+离子的室温强特征发射.样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经600℃～950℃热处理后,晶相经历从四方相到以单斜相为主的变化;由于晶相的变化,发现有两个发光中心,分别位于四方相和单斜相.激发Dy3+的6P7/2能级,当稀土离子处在四方相(格位一)时有利于483nm和583nm的发射,当稀土离子处在单斜相(格位二)时有利于490nm和577nm的发射.基质ZrO2和Dy3+离子之间有能量传递,950℃时能量传递效果最好.荧光强度与掺Dy3+离子浓度关系表明,Dy3+在纳米晶ZrO2中的最适合掺杂浓度与ZrO2的晶相有关,四方相时,最适合掺杂浓度为0.5%,混合相时为1%.

纳米晶ZrO_2∶Dy^(3+)的光致发光和能量传递性质

研究了Dy3+离子掺杂的ZrO2纳米粉体的光致发光性质。观测到Dy3+离子的室温强特征发射和浓度猝灭现象以及基质ZrO2与Dy3+离子之间的能量传递过程。发现了煅烧温度对样品的晶相有明显的影响,随着煅烧温度的变化,晶相也随之改变。晶相的改变使样品的荧光发射产生较大的差异,并观测到两个发射中心。通过对荧光强度与激活离子Dy3+离子浓度的关系研究发现,Dy3+离子在纳米ZrO2基质中存在浓度猝灭现象,最佳掺杂浓度取决于ZrO2基质的晶相,不同晶相导致不同的猝灭浓度,当基质晶相表现为四方相时,猝灭浓度为0.5%,而基质晶相为混合相时,猝灭浓度为1%。能量传递也依赖于样品的晶相。当煅烧温度为950℃时能量传递效果最好,并且从微观结构上给出了解释基质与Dy3+离子之间的能量传递的模型。

单斜相纳米晶ZrO2_:Sm^(3+)的光谱特性及能量传递

用共沉淀法制备了单斜相的纳米晶ZrO2∶Sm3+样品,测量了样品的荧光发射光谱和激发光谱,观测到了基质对激活离子的能量传递,认为基质向激活离子的能量传递过程为无辐射过程.

Sm^(3+)掺杂纳米晶ZrO_2材料的制备及表征

用化学沉淀法制备纳米晶ZrO2∶Sm3+发光粉体,用X射线衍射谱对材料的粒径和晶体结构进行了表征,探讨了制备条件对样品粒径和晶体结构的影响.用荧光激发和发射光谱对材料的发光性质进行了表征,合理地归属了各谱项和跃迁.

热处理对纳米晶ZrO_2∶Sm^(3+)晶体结构和发光性质的影响

用共沉淀法在不同的热处理温度下制备了纳米ZrO2:Sm3+发光粉体,所制备的粉体具有Sm3+离子特征强室温荧光发射。通过对不同热处理温度下样品晶体结构和发光研究发现:以此工艺制备的纳米晶ZrO2:Sm3+含有单斜相和四方相两种微观结构,四方相的含量与热处理的温度和时间有关,Sm3+离子的掺入有稳定ZrO2四方晶相的作用;因不同热处理温度下样品晶体结构不同,因此它们的发光中心不同。

机械化学法制备ZrO_2∶Eu^(3+)纳米晶及其发光特性

以ZrOCl2·8H2O、EuCl3·6H2O和NaOH为原料,采用机械化学法制备ZrO2∶Eu3+发光粉体。采用透射电镜、X射线衍射仪和荧光光谱仪对其微观形貌、物相和发光特征进行表征。结果表明:ZrO2∶Eu3+发光粉体为分散均匀,粒径约为10nm的纳米晶。主晶相为t-ZrO2,随着煅烧温度的升高,出现少量m-ZrO2。发射光谱为Eu3+在604nm和595nm处的特征发射,分别对应5D0→7F2和5D0→7F1跃迁。m-ZrO2出现导致ZrO2∶Eu3+对称性的下降,在610nm处出现发射峰。Eu3+掺杂量为8mol%时达到最大发光强度。

ZrO_2纳米涂层修饰改性陶瓷微滤膜吸附机理研究

分别在MgCl2和NaCl稀溶液中,用AFM研究了四方相ZrO2纳米涂层的表面排斥力随作用距离的变化关系。当作用距离较远时,表现为长程排斥力,当作用距离较近时,为强烈的短程排斥力。Mg2+在ZrO2纳米涂层表面具有特征吸附,而Na+表现出惰性电解质的特征。随着MgCl2浓度的增大,渗透通量呈明显下降的趋势。随着NaCl浓度的增大,渗透通量呈稍有增大的趋势。

纳米晶ZrO_2(CaO)∶Er^(3+)的制备及发光性质研究

用化学共沉淀法制备了Er3+掺杂浓度不同、煅烧温度不同的纳米晶ZrO2(CaO)∶Er3+系列发光粉体,所制备的粉体均具有Er3+离子特征强室温荧光发射.同时观测到Er3+离子的上转换发射.讨论了上转换发射的跃迁机制,976 nm激发下的上转换过程是双光子过程.荧光强度与掺Er3+浓度关系研究表明:在相同条件下,用378nm荧光激发,分别测量了Er3+不同浓度800℃煅烧样品的发射谱,掺Er3+浓度达0.6%(摩尔分数)时达到最大,然后又随之降低.

纳米ZrO_2粉体的制备及发光性质研究

利用共沉淀法制备了纳米ZrO2粉体,观测到样品晶相随煅烧温度升高逐渐由四方相转化为单斜相.在室温观察到纳米ZrO2有较强的峰值分别位于380 nm和470 nm的蓝紫、近紫外发射.同时观测到随着煅烧温度的升高和颗粒尺寸的增大,两个发射谱带的强度变化明显不同.

稀土掺杂纳米晶氧化锆的能量传递

用共沉淀法分别制备了单斜相的纳米晶ZrO2∶Sm3+及ZrO2∶Pr3+荧光粉,ZrO2∶Pr3+发光粉体,测量了所制备发光粉的发射光谱和激发光谱及氧化锆与稀土离子Sm3+和Pr3+的能量传递,并对其能量传递的机制进行了探讨,给出了基质与Sm3+和Pr3+间的能量传递模型,研究认为基质向激活离子的能量传递为无辐射过程.

纳米晶ZrO_2:Er^(3+)Yb^(3+)的制备及其室温上转换发射

用化学共沉淀法制备了ZrO2:Er3+Yb3+纳米晶粉体,所制备的纳米晶粉体具有较强的室温上转换发射和红外发射.研究了样品的晶体结构和上转换发光性质随着Yb3+掺杂浓度和煅烧温度的变化关系.通过X射线衍射谱分析发现,经800℃煅烧2h后得到的ZrO2:Er3+Yb3+纳米晶是四方相和单斜相的混合结构,经950℃煅烧2h后得到的样品以单斜相为主,随着Yb3+浓度的增加四方相增多.对800℃煅烧下Er3+,Yb3+共掺的样品,随着Yb3+浓度的增加,绿光和红光上转换发射强度都增大,但是红光上转换发射谱发射强度的增长幅度明显要强于绿光上转换发射谱发射强度的增长幅度.对样品上转换发射谱的分析发现,上转换红光、绿光的发射都是双光子过程.

纳米晶ZrO_2:Eu^(3+)-Bi^(3+)的制备及Bi^(3+)敏化Eu^(3+)特征发射的研究

采用化学共沉淀法制备了纳米晶ZrO2:Eu3+-Bi3+粉体,所制备的纳米晶粉体均能观测到Eu3+离子的室温特征发射.研究了样品的晶体结构和发光性质.结果表明:经600C煅烧后得到的纳米晶ZrO2:Eu3+-Bi3+粉体的晶相为四方相,经800,950及1100C煅烧后的样品为四方相和单斜相的混合晶相.Eu3+离子在四方相中的室温特征发射明显强于在混合相中的发射.Bi3+离子的掺入对Eu3+离子的室温特征发射有显著的敏化作用.