ZnO缺陷调控及其波谱学研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lv_yj
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
ZnO作为一种极富前景的直接带隙宽禁带半导体材料,具有大的室温激子束缚能、优异的辐照稳定性以及形貌和纳米结构的可控合成等优点,广泛应用于热控涂层、紫外激光器、太阳能电池、透明导电薄膜、传感器、自旋电子器件以及平板显示器等领域。ZnO材料及器件实现实际应用的关键在于对ZnO缺陷和杂质的理解和调控。然而,尽管人们对ZnO的研究已进行了半个多世纪,无论是大块单晶还是纳米结构的ZnO,其缺陷物理、处理方式和宏观性能之间的关系并没有得到较好的掌握,一些基本问题仍然没有研究清楚,严重阻碍了ZnO材料及器件的发展应用。本文采用施、受主掺杂,离子注入及气氛退火等典型性处理手段,对ZnO晶格点阵缺陷及杂质的种类和浓度进行了调控,结合全面、互补的缺陷表征测试,研究了ZnO中点阵缺陷的调控机制及其光谱学特性,并对多晶粉末、单晶晶须和体相单晶等不同形态的ZnO进行了验证试验,探索了ZnO材料的缺陷-处理条件-光学性能之间的联系,主要研究内容如下:通过对ZnO进行空气、N2、O2、H2高温热处理和H+、电子注入试验,研究了热处理和粒子注入所诱发的光学性能退化的机制及其差异。试验发现,空气、N2和O2气氛下热处理诱发的蓝紫光吸收具有相同的特性,吸收中心位于395nm;而H+和电子注入产生的光吸收曲线明显宽化,吸收中心分别位于420nm和430nm。分析表明,ZnO在空气、N2和O2气氛下热处理产生的蓝紫光吸收与退火气氛无关,可主要归于中性VO缺陷,而H2气氛下退火和质子、电子注入诱发的光吸收则可归于中性VO和Zni缺陷共同作用的结果。另外发现Al施主掺杂可以有效消除热处理引起的光吸收,却不能抑制质子注入诱发的光学性能退化,表明Al掺杂消除热处理引起的光吸收是通过补偿氧空位机制,而非载流子填充单电离氧空位缺陷机制。探讨了ZnO荧光光谱中深能级发射的起源问题,通过缺陷调控,标定了不同能量的可见发光峰所对应的缺陷中心。通过H2退火、高温O2退火和Al掺杂及退火处理,揭示出波长为494nm(2.51e V),526nm(2.35e V)和550nm(2.26e V)的可见发光峰可分别归于VO、VZn和Oi相关的缺陷中心。原始ZnO中位于503nm(2.46e V)的平滑的发光峰,可能源于VO到Cu Zn1+杂质之间的施主-受主对的辐射复合,热处理后产生的具有精细结构的503nm发光峰则源于Cu Zn2+发光。研究了ZnO多晶粉末FT-IR光谱中出现的波数在3414cm-1、3549cm-1、3591cm-1、3602cm-1、3640cm-1和3680cm-1附近的6个红外吸收峰的起源问题。通过测量具有不同粒径大小和纯度的ZnO的红外吸收光谱,以及对ZnO进行Li及其同位素Li6掺杂试验,发现这6个红外吸收峰与ZnO的杂质及在禁带中局域化的表界面态缺陷无关。在D2和H2退火处理后,观测到H同位素峰移,表明其源于吸附在ZnO不同晶面上的H2O分子或OH基团,而非氢化的VZn-H缺陷。通过对ZnO进行H2O2刻蚀、高温O2退火等富氧条件处理和Li受主掺杂,对ZnO晶格中两种主要受主型缺陷VZn和Li Zn的产生机制及相应光学信号的标定进行了探索。研究发现对ZnO进行H2O2刻蚀和Li掺杂处理,均在ZnO低温PL光谱中出现414nm(3e V)的发射峰,证明了该峰为VZn缺陷相关的信号,与Li、Na等替位Zn缺陷无关。H2O2刻蚀和高温O2退火处理则均在ZnO中引入525nm的绿光发光峰,可归于与414nm发光中心具有不同电荷态的VZn缺陷。此外,实现了Li掺杂原子在ZnO晶格中受主态Li Zn和施主态Lii两种型位的可控控制,间接证据表明,700℃热处理获得了空穴导电型Li掺杂ZnO。
其他文献
中国珠算心算协会(以下简称中珠协)关于深化求证研究珠心算是否有开发儿童智力潜能的问题,是在世界珠算心算联合会成立的背景下,必须下功夫做好的工作。经国务院批准,2002年
强夯法在工程地基施工中,由于其工艺相对简单、成本较低、经济易行等特点,得到了广泛的应用.本文就强夯法在厚人工填土层加固施工中的应用进行了简要地分析,以供相关施工人员
本文总结了油田常用的几种耐高温缓蚀剂,主要分析了溶解氧,二氧化碳,硫化氢,硫酸盐还原菌,溶解盐等因素对耐高温缓蚀剂开发的影响;并对耐高温油田缓蚀剂领域研制工作的前景进
随着移动互联网时代的到来和人民群众健身意识的增强,网络体育组织得到了蓬勃发展。这种组织是互联网+时代推动体育运动普及化的中坚力量。笔者通过调查临汾市部分QQ/微信体
中国东部中新生代断陷盆地群发现了大量的原位火山岩油气藏.以松辽盆地早白垩世徐家围子断陷为例,钻井揭示结果及地质、地球物理综合分析表明,原位火山岩油气藏形成机制具有"
曾举办过两届冬奥会和一届青年冬奥会的奥地利,是一个不折不扣的冰雪王国——境内有800多个滑雪场、总长达6000多公里的滑雪道,每年举办大小冰雪赛事4000多场,其冰雪产值高达550
报纸
大体积砼冬期施工技术问题是控制裂缝的产生,大体积砼为实体最小尺寸等于或大于1m的砼结构,或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝产生的混凝土。在冬期施工
为研究在“三分法”大垄深松耕作的基础上, 施加秸秆还田配施微生物菌剂及有机肥对土壤微生物生物量 碳的影响,在东北农业大学试验基地玉米种植模式下设置了田间试验.试验设5
在确定的函数关系(数学模型)中,因变量(输出量)随自变量(输入量)的变化规律完全由数学逻辑所确定,自变量到因变量的传递系数(灵敏系数)也可由因变量的标准差和自变量的标准差之比所决定
回 回 产卜爹仇贱回——回 日E回。”。回祖 一回“。回干 肉果幻中 N_。NH lP7-ewwe--一”$ MN。W;- __._——————》 砧叫]们羽 制作:陈恬’#陈川个美食 Back to yield