学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

ZnO及V、Al掺杂ZnO薄膜的发光性能研究

作　者: 张丽亭
导　师: 张伟风；张杨
学　校: 河南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: ZnO薄膜溶胶-凝胶掺杂光致发光表面光电压
分类号: O484
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 189次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

ZnO是一种宽带隙半导体材料，室温下带隙宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，明显高于室温下约26 meV的热动能，从而具有优异的紫外发光性能。ZnO作为新一代抗辐射、高频、大功率和高密度紫外发光器件和光探测器件的重要候选材料，引起了人们的广泛关注和深入研究。近年来，人们对ZnO薄膜的研究在实验和理论方面都取得了显著的进展，但对ZnO绿带发射机制研究、生长工艺改进、提高薄膜质量和稳定性、改善薄膜的发光性能等方面还需要进一步研究和探讨。在ZnO的诸多制备方法中，溶胶-凝胶法具有合成温度低、原料丰富低廉、化学计量比较准确、工艺简单、容易添加掺杂剂和大面积成膜等优点而得到了广泛应用。本论文采用溶胶-凝胶法制备了纯的及V、Al掺杂ZnO薄膜，对制各样品的结构、发光机理及工艺进行研究，深入探讨了制备工艺、样品后退火处理及掺杂与ZnO薄膜的成膜质量和发光性能之间的关系，初步探索了发光性能优良的ZnO薄膜的最优工艺参数；并从发光机理的角度探讨了制备过程和掺杂对ZnO薄膜结构与发光性能的影响。ZnO薄膜的发光特性与其结晶状况及本征缺陷密度密切相关，退火改善了薄膜的结晶质量，但较高的退火温度使样品的结晶性提高的同时，也使样品中的缺陷增多，从而导致与缺陷态有关的发光几率也相应的增加。研究结果表明，结晶温度控制在550℃左右最好。值得注意的是，后退火通入氧气时绿带峰的强度相对未通入氧气的有所降低，紫外发光峰的强度增大。分析表明由缺陷产生的绿带峰与V_o和Zn_i等缺陷的浓度有关。未经高温退火时，V的掺入使ZnO结晶质量降低，并引入了发光焠灭中心，使紫外发光峰和绿带发光峰强度都大幅度降低。V掺杂样品经800℃退火处理后，结晶质量相对未掺杂样品变好并表现出与未掺V样品更优异的发光性质，即紫外发光峰的强度高于绿带发光峰，说明V掺杂使绿带发光峰对应的缺陷减少，抑制了绿带的发射。另一方面，高温处理使V掺入引起的焠灭中心减少，辐射复合率增大从而使紫外发射效率提高。对Al掺杂ZnO薄膜在Si和石英衬底研究表明，衬底和掺杂浓度对薄膜结晶状况和发光性能具有重要影响。论文还对ZnO纳米粉末的光致发光性能和表面光电压性质进行了初步的研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-26
  1.1 课题背景  10-16
    1.1.1 ZnO 材料的研究进展  10-14
    1.1.2 ZnO 的发光机理及研究现状  14-16
  1.2 ZnO 材料的性质及应用  16-21
    1.2.1 ZnO 的结构特性  16-18
    1.2.2 ZnO 材料的性质  18-20
    1.2.3 ZnO 材料的主要应用  20-21
  1.3 ZnO 薄膜的生长方法  21
  1.4 本论文的主要工作  21-22
  参考文献  22-26
第2章物性测试方法及其原理  26-32
  2.1 X 射线衍射  26-28
  2.2 扫描电子显微镜  28-29
  2.3 紫外-可见近红外分光光度计  29
  2.4 荧光分光光度计  29-30
  2.5 X 射线光电子能谱  30-31
  参考文献  31-32
第3章溶胶─凝胶法制备 ZnO 薄膜  32-47
  3.1 溶胶─凝胶法  32-36
    3.1.1 溶胶─凝胶法的特点  32-33
    3.1.2 溶胶─凝胶法制备 ZnO 薄膜的机理  33-35
    3.1.3 溶胶-凝胶法制备 ZnO 薄膜的工艺流程  35-36
  3.2 ZnO 薄膜样品的制备及表征  36-39
    3.2.1 实验  36
    3.2.2 性能研究  36-39
  3.3 退火环境对 ZnO 薄膜的结构特性及发光性质的影响  39-44
    3.3.1 退火温度的影响  40-43
    3.3.2 氧气氛的影响  43-44
  3.4 本章小结  44-45
  参考文献  45-47
第4章掺杂 ZnO 薄膜发光性质研究  47-63
  4.1 钒掺杂 ZnO 薄膜  47-54
    4.1.1 ZnO:V 薄膜后退火处理前后的微结构与发光特性  48-53
    4.1.2 不同钒掺杂浓度对 ZnO 薄膜结构性质和发光性质的影响  53-54
  4.2 Al 掺杂 ZnO 薄膜在不同衬底上的结晶性质和发光性质研究  54-59
    4.2.1 实验制备  55
    4.2.2 结果与讨论  55-59
  4.3 本章小结  59-60
  参考文献  60-63
第5章纳米氧化锌粉末的制备及表征  63-73
  5.1 实验部分  63-64
  5.2 结果与讨论  64-71
    5.2.1 XRD 表征  64
    5.2.2 SEM 表征  64-65
    5.2.3 XPS 表征  65-67
    5.2.4 SPS 谱  67-69
    5.2.5 PL 谱  69-71
  5.3 本章小结  71
  参考文献  71-73
总结与展望  73-75
硕士期间完成的论文  75-76
致谢  76

相似论文

钛酸盐光催化剂的制备及光催化分解水性能,O643.36
稀土元素掺杂Ca₃Co₄O₉与Ag复合材料的制备及热电性能,TQ174.1
溶胶—凝胶AAO模板法制备ITO准一维纳米结构,TB383.1
钛酸锶钡铁电薄膜的制备及电热效应,TB383.2
静电纺丝法制备TiO₂及其光催化行为的研究,O614.411
钛酸钡基NTC热敏陶瓷电阻的制备与研究,TQ174.1
掺杂锐钛矿型二氧化钛光催化性能的第一性原理计算,O643.36
Bi、N共掺杂TiO₂的制备及性能的研究,O614.411
功能化纳米二氧化钛多孔材料的制备、表征及性能研究,TB383.1
有序多孔TiO₂薄膜的制备及其性能研究,TB383.2
一维纳米TiO₂的制备及染料废水脱色研究,TB383.1
锂离子层状正极材料LiMO₂（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
铁、镧掺杂纳米TiO₂的制备及光催化性能研究,O614.411
石墨烯制备及其缺陷研究,O613.71
多维电荷传输基团修饰铱配合物的设计、合成及光电特性,O627.8
ZnO掺杂效应的第一性原理研究,O614.241
Tm和Dy掺杂的YSZ涂层制备与发光性能研究,TG174.442
TiO₂光催化剂的掺杂改性及应用,O643.36
低温快烧结晶釉的制备与性能,TQ174.65
纳米多孔玻璃基复合发光材料的研究,TB383.1
纳米氧化锆/钛杂化有机硅环氧高折射率材料的研究,TB383.1