不同改性过程对氧化锌薄膜的光学及亲水性能的影响
氧化锌薄膜的掺杂及性能研究
氧化锌薄膜的掺杂及性能研究陈雪娇（鞍山宁远工业经济管理委员会，辽宁鞍山 114013）摘要：ZnO作为一种新型宽禁带半导体材料，不仅原料丰富、无毒，而且光电性、压电性、气敏性等性能优异，容易实现掺杂。
ZnO薄膜及其掺杂所具有的诸多特性，使其在太阳能电池、发光二极管、激光二极管、紫外探测器等领域有极大的研究价值，尤其是p型掺杂的实现大大拓宽了其应用的领域。
关键词：氧化锌薄膜；结构性能；电学性能；光学性能：ATN304 ：1009-2374（2015）36-0055-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.36.0261 概述ZnO晶体是六方纤锌矿结构的Ⅱ-Ⅳ族宽禁带直接带隙半导体材料。
因其紫外受激发射强度随温度升高而淬灭，一直不被人们重视，直至在室温下观测到纳米结构的微晶薄膜的光泵激光发射，因其激子结合能（60meV）比GaN（28meV）、ZnS（39meV）高很多，并且在室温（26meV）及更高温下稳定工作，制备温度比GaN低一倍，因而避免了膜与衬底间原子在高温下产生互扩散。
因此ZnO很快成为人们继GaN之后热门研究的短波半导体材料。
ZnO薄膜透明导电，纯ZnO及其掺杂薄膜光电性能优异，可应用在太阳电池、半导体激光器件、紫外与红外光阻挡层、压电器件、液晶显示、气体敏感器件等领域，有较好的产业化前景。
ZnO 薄膜呈n型极性半导体，天然具有锌间隙和氧空位，其掺杂分为n型掺杂和p型掺杂。
制备高质量的ZnO薄膜可采用以下方法：脉冲激光沉积（PLD）、化学气相沉积法、射频磁控溅射法、溶胶凝胶法、金属锌膜氧化法和分子束外延法。
PLD法设备结构简单且操作调节方便，此法对制备高质量的氧化物薄膜更有效，采用纯金属合金做靶材制备出薄膜的金属成分接近于靶材，且纯金属靶材比金属氧化物陶瓷靶材制作工艺简单而且便宜，由于激光作用下产生的等离子体能量较高，能在较低的基体温度或室温下沉积出AZO薄膜。
衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响
衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响宿世臣;吕有明;张吉英;申德振【摘要】利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,制备了不同的ZnO样品.研究了衬底温度对ZnO的结构、光学和电学性质的影响.样品的晶体结构利用X射线衍射谱进行表征.X射线衍射谱表明,所有的ZnO样品都是(002)取向的六角纤锌矿结构.随着生长温度的升高,X射线的(002)衍射峰的半峰全宽逐渐减小.样品的表面形貌随着衬底的温度改变而变化,在800℃得知了平整的ZnO表面.通过光致发光的实验得知,ZnO的紫外发光随着生长温度的升高,强度逐渐增强.光致发光的来源为ZnO的自由激子发光.在生长温度为800℃时,得到了高质量的ZnO单晶薄膜,X射线衍射峰的最大半峰全宽为0.05°,霍尔迁移率为51 cm2/(V·s),载流子浓度为1.8×1018 cm-3.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2011(032)007【总页数】4页(P736-739)【关键词】氧化锌;等离子体辅助分子束外延;光致发光【作者】宿世臣;吕有明;张吉英;申德振【作者单位】华南师范大学光电子材料与技术研究所,广东广州510631;中国科学院激发态物理重点实验室长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;深圳大学材料科学与工程学院,广东深圳518060;中国科学院激发态物理重点实验室长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院激发态物理重点实验室长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】O482.31ZnO作为一种宽禁带半导体材料,最大的用途在于短波长半导体激光,可作为白光LED的基础材料。
ZnO有很高的激子结合能（60 meV）[1],远高于其他宽禁带半导体材料,如 GaN的为 25 meV,也高于室温的热能（26 meV）,ZnO激子在室温下是稳定的,可以实现室温或更高温度下的激子受激紫外辐射发光。
zno表面羟基
zno表面羟基全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：ZnO表面羟基是指氧化锌（ZnO）表面上的羟基基团。
氧化锌是一种重要的半导体材料，具有多种应用领域，如光伏产业、光电子设备、催化剂等。
其表面上的羟基对其性能和应用具有重要影响。
本文将探讨ZnO表面羟基的形成原理、性质以及对材料性能的影响。
ZnO表面羟基的形成主要是由于ZnO在空气中与水蒸气发生反应生成氢氧化锌（Zn(OH)2），然后再转化为ZnO和水。
这个过程中会产生大量的羟基基团，使ZnO表面具有一定的亲水性。
ZnO的晶格结构中也存在一些氧空位，这些氧空位上结合了氢原子，形成羟基。
ZnO表面羟基是由吸附的水分子和晶格氧空位上的羟基组成的。
ZnO表面羟基的存在对材料的性能有着重要的影响。
ZnO表面羟基可以增强ZnO材料的稳定性。
由于ZnO是一种氧化物材料，在空气中容易发生氧化反应。
而表面羟基可以有效地屏蔽ZnO表面，减少氧化反应的发生，从而提高ZnO的稳定性。
ZnO表面羟基还可以影响ZnO的电子结构和光学性质。
羟基基团的存在会改变ZnO表面的能带结构，影响其导电性和光学吸收性能，从而影响ZnO材料的光电性能。
ZnO表面羟基还可以影响ZnO与其他材料的界面特性。
在ZnO 与其他材料（如金属、有机物等）接触时，表面羟基会与其发生相互作用，影响界面的结合方式和能级对齐。
这种表面羟基对ZnO材料与其他材料之间的相互作用起着重要的调控作用，影响器件的性能和稳定性。
ZnO表面羟基是ZnO材料中的重要组成部分，对ZnO材料的性能和应用有着重要的影响。
未来的研究可以进一步探讨ZnO表面羟基的形成机理和影响因素，以及如何通过控制表面羟基来调控ZnO材料的性能和应用。
希望本文可以对ZnO表面羟基的研究有所帮助，促进ZnO材料的进一步发展和应用。
第二篇示例：氧化锌（ZnO）是一种广泛应用的半导体材料，具有优异的光电性能和化学稳定性。
在近年来的研究中发现，ZnO表面存在着丰富的羟基（OH）基团，这些羟基对ZnO的光电性能和化学性质起着重要作用。
生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性和光学性能的影响
3 国家自然科学基金 (批准号 :50240420656) 资助的课题. › E-mail :qyzhang @dlut . edu. cn
3期
孙成伟等 : 生长温度对磁控溅射 ZnO 薄膜的结晶特性和光学性能的影响
1391
本文采用反应射频磁控溅射方法 ,在 Si 基片上 成功地制备了具有高 c 轴择优取向的 ZnO 薄膜. 利 用原子力显微镜 (AFM) 、X 射线衍射 ( XRD) 、透射电 子显微镜 ( TEM) 、电子探针 ( EPMA) 、Raman 散射等 薄膜表面形貌和结构表征技术 ,比较系统地研究了 沉积温度对 ZnO 薄膜的生长行为和结晶性能的影 响. 研究结果显示 ,随着沉积温度的变化 , ZnO 薄膜 的生长行为和结晶质量在 500 ℃之后发生了比较明 显的改变. 结合光致荧光光谱 ( PL) 和透射光谱等光 学性能分析方法 ,我们发现 ,正是 ZnO 薄膜的生长 行为的变化 ,导致 ZnO 薄膜光学特性的不同. 此外 , 我们还探讨了沉积温度对 ZnO 薄膜的结构状态 、缺 陷状态等因素的影响及其在 ZnO 薄膜的光致荧光 发射中的作用.
ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究
山东建筑大学硕士学位论文
关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
山东建筑大学硕士学位论文
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ＩＩ－ＩＶ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｏｆ ３．３ｅＶ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｙ ｏｆ ６０ｍｅＶ．ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ，
TiO_2_SiO_2薄膜的光催化活性和超亲水性能
T iO2-SiO2薄膜的光催化活性和超亲水性能Ξ于向阳ΞΞ程继健(华东理工大学无机材料研究所,上海 200237)摘要:采用溶胶凝胶法在普通玻璃表面制备了均匀的T iO-SiO2光催化薄膜,并研究了SiO2含2量对T iO2光催化性能和超亲水性能的影响。
对罗丹明B的光降解实验表明,加入少量的SiO2可提高T iO2薄膜的光催化性能,过多的SiO2降低了T iO2光催化活性。
但超亲水性的实验则表明,加入量提高了玻璃表面的超亲水性能。
较多的SiO2关键词:二氧化钛;二氧化硅;光催化活能;超亲水性中图分类号:T Q171.73+9 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2001)03-0038-05 The Photocatalytic Activity and Super-H ydrophilicProperty of TiO2-SiO2FilmsYU XiangΟyang,CHENG JiΟjian(Research Institute of Inorganic Material,East China University of Science&T echnology,Shanghai,200237,China) Abstract:T iO2-SiO2films are coated on the surface of glass by s ol-gel process.E ffects of the am ount ofSiO2addition on the photocatalytic activity and super-hydrophilic property of T iO2are investigated.Resultsof photodecom posing Rhodamine B show that a small am out of SiO2addition im proves the photocatalytic ac2tivity of T iO2;however,a larger am ount of SiO2addition im proves the super-hydrophilic property of T iO2.K ey w ords:T itania;Silica;Photocatalytic activity;Super-hydrophilic property1 前言自从1972年T iO2光催化特性由日本藤 昭教授发现以来,以其为代表的光催化材料已得到广泛的研究,利用T iO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起世界的广泛关注。
纳米二氧化硅表面改性的研究
等通过原位 表面改性制备
入三口瓶中, 然后加入甲苯和钛酸酯偶联剂 , 搅拌并 超声振荡 , 而后升温至指定温度, 回流, 然后抽滤 , 洗 涤, 放入烘箱中干燥 , 制得改性后的纳米 SiO2。 ( 3) 硬脂酸改性纳米 S i O2 将一定量的硬脂酸和 NaOH 置于三口瓶中, 加 入适量开水, 升温搅拌, 待硬脂酸和 NaOH 全部溶解 加入一 定量的 纳米 SiO2。恒温 搅拌一 定时 间, 抽 滤, 用无水乙醇洗 去表面的有机 物, 再用水 洗涤一 次, 干燥, 即制得改性后的纳米 S i O 2。 1 4 改性效果的表征 ( 1)亲油化度的测定 将 1g 改性后的纳米 S i O 2 粉体置于 40mL 蒸馏 水中 , 然后逐滴地滴定甲醇, 当漂浮在水面上的粉体 完全润湿后, 记录甲醇的加入量 V ( mL ) , 则 亲油化度 = ( V / 40+ V ) ∀ 100 % ( 2)吸水率的测定 将 1 000g 改性后的产品均匀铺洒在表面皿上, 然后放入盛有适量水的干燥器中 , 放置一定时间后, 称量并计算粉体增加的质量 m, 按下面的公式计算 其吸水率。 吸水率 = (m / 1 000) ∀ 100 %
充效果, 所以 , 有必要对其进行表面改性。目前, 采 用硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂对纳米 S i O2 进行表面 改性的研究有报道 , Zh iW en W ang 等
8!
以超临界
CO 2 为溶剂、 以钛酸酯偶联剂 NDZ 201 为改性剂对 纳米 SiO2 进行了表面改性 , 修饰后纳米 S i O 2 由亲 水变为疏水, I R 和热重分 析表明纳米 S i O 2 和钛酸 酯偶联剂主要 是通过化学键相互作用的。 Yan lo ng T a i等
粉体置于40ml蒸馏水中然后逐滴地滴定甲醇当漂浮在水面上的粉体完全润湿后记录甲醇的加入量yml则亲油化度v40y1002吸水率的测定将10009改性后的产品均匀铺洒在表面皿上然后放人盛有适量水的干燥器中放置一定时间后称量并计算粉体增加的质量m按下面的公式计算其吸水率
不同浓度的Nd掺杂对氧化锌的光学性质的影响
１计算方法
２ 结 果 与分 析
在线 性 响 应 范 围 内 ，由固体 物 理 的知 识 得 知 ： 光 的 复介 电 函 数 可 用 以下 式 子 表 示 为 ：ｓ （ ） ： （ ） ＋ （ ） ， （ ） ＝ ｎ （ ｃ ＆－ （ ）
和 （ ＝ ２ ｎ （ ） （ ｍ ） ， 由复介 电函数可 以计算 出函数 的虚 部 、实 部 、 吸收 系数 和反 射系 数 ， 其表 达式 分别 为 ：
氧 化锌 是 一 种 宽禁 带 直接 带 隙 半 导体 ， 具有 电子漂 移 饱 和 度 高 、介 电常 数 小 、 导 电性 能好 等 特 点 。近 年来 ，由于稀 土 元 素具 有 独 特 的光 学 性 质 ， 在 实验 上 和理 论 上 对 稀土 掺 杂 Ｚ ｎ Ｏ的 光学 性 质 的研 究 引起 人 们 的广 泛 兴 趣 。 由于氧 化 锌 是 宽禁 带 半 导体 ， 成本 低 ， 制备 工 艺 简单 。 因此 ， 稀 土元 素掺 杂 氧 化 锌 在 制备 光 电器 件 方 面 具 有 广 阔 的应 用 前 景 。 在 理 论上 ，Ｅ ｕ掺 杂 Ｚ ｎ Ｏ具有 优 质 的物 理 性 质 和 化学 性 质 。在 实 验 上 ，Ｅ ｕ掺杂 Ｚ ｎ Ｏ 已经 被用于 平板 电视 等 显示 设备 。 通 过 理 论研 究 发 现 ， 不 同浓 度 的 稀土 元 素 掺杂 氧 化 锌 可 以 使 得 氧化 锌 光 电性能 产 生 相 当显 著 的变 化 。然 而 ， 理 论 上 对 不 同浓度 Ｎ ｄ 掺杂 对氧 化锌 的 光学性 质 的影 响研 究甚少 。 在 本文 中 ， 基 于 密度 泛 函理 论 通过 第 一性 原 理计 算主 要 研 究 了稀 土元 素 Ｎ ｄ 掺杂 Ｚ ｎ Ｏ的光 学 性 质 的研 究。 首先 比较 了其 中一种 掺 杂 浓 度 和 纯净 Ｚ ｎ ０体 系 的介 电函 数 、吸 收系 数 和 反 射系 数 ； 接着分析 了 不 同掺杂 浓 度 体 系 的介 电函数 ；最后 ， 计 算 了不 同掺 杂 浓 度 体 系 的 吸收系 数 。 所 有 的计 算工 作 都 是基 于 密 度 泛 函理论 的第 一 性 原理 计 算
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
不同改性过程对氧化锌薄膜的光学及亲水性能的影响
采用溶胶-凝胶的方法在玻璃基片上制备了纳米ZnO 薄膜，利用月桂酸钠、硅烷偶联剂对ZnO 薄膜进行改性以研究不同改性过程对ZnO 薄膜光学及亲水性能的影响。
利用接触角测试、扫描电镜、紫外可见光光度计、荧光光谱仪等方法研究了改性后的纳米氧化锌薄膜的微结构、光学性能及亲水疏水性等。
结果表明，采用不同的改性剂或不同的改性剂并用体系可以使氧化锌薄膜表面的施主缺陷浓度不同，从而导致氧化锌薄膜的光学性能及表面亲水疏水性随改性过程的不同而呈现一定的变化规律。
纳米ZnO 粒子尺寸小，比表面积大，具有明显的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应等特点，使其在化学、光学、生物学等诸多方面表现出独特的物理和化学性能，广泛应用于导电材料、压电材料、橡胶工业等众多方面。
但是纳米ZnO 易团聚、难分散，具有亲水疏油的特性，使氧化锌作为无机添加剂时，应用效率较低。
近年来，采用表面改性剂对氧化锌表面改性以改变其表面性质的研究屡有报道。
王国宏等应用月桂酸钠、硬脂酸等改性剂尝试对氧化锌进行改性，余丽娟等运用硅烷偶联剂对氧化锌进行改性，此类研究均在一定程度上改善了氧化锌的疏水特性。
本文使用月桂酸钠、硅烷偶联剂及其并用体系对氧化锌薄膜进行改性，测试了改性剂对ZnO 薄膜材料的光学性能、亲水疏水性能的影响，并讨论了改性剂对纳米ZnO 薄膜性能的影响机制。
1、实验部分
1.1、主要试剂及仪器
试剂：Zn(COOH)2，乙二醇甲醚，无水乙醇，乙醇胺，硅烷偶联剂(
KH560) ，月桂酸钠，以上均为分析纯。