Sn掺杂量对Sn-Mg共掺杂ZnO薄膜光电性能的影响
发布时间：2022-01-03 03:49
采用超声喷雾热解法在石英衬底上制备了Sn-Mg共掺的ZnO纳米薄膜.借助X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,光致发光谱（PL谱）,紫外-可见分光光度计（UV-Vis）和伏安特性曲线（I-V）等测试手段研究了Sn掺杂量的改变对薄膜的结构、形貌和光电性能的影响.结果表明,适量的Sn掺杂可以提高薄膜的表面形貌和光电性能.随着Sn掺杂量的增加,薄膜的（101）衍射峰强度、紫外发光峰、透过率和导电率都是先增加后减小,带隙能量值从3.350eV增加到3.651eV,并且平均透过率均在80%～87%之间.当Sn掺杂量为0.004时,薄膜结晶质量最好,表面最致密,晶粒大小最均匀,紫外发光峰强度最大,导电率最高.
【文章来源】：辽宁师范大学学报(自然科学版). 2020,43(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同Sn、Mg掺杂比例ZnO薄膜XRD图
图2显示了Sn掺杂浓度对Sn-Mg共掺杂ZnO薄膜表面形貌的影响．其中，图2a～图2e的Sn4+掺杂量分别为0.002,0.004,0.006,0.008,0.010，放大倍数分别为10.0×103,30.0×103,30.0×103,60.0×103和30.0×103．可以看出当Sn掺杂量为0.002和0.004时薄膜表面致密、均匀，随着掺杂量的进一步增加，薄膜开始出现轻微团聚现象，表面粗糙度增加，与XRD结果一致．2.3 发光性能分析
如图3所示，在室温下测量了薄膜的光致发光谱，激发波长为325nm．图中分别显示了360～410nm和410～600nm范围内的两种发光带．可以看出，近能带发射峰的位置随着Mg掺杂而发生蓝移．Sn掺入后，370nm附近的紫外发射峰变强，并且峰形变窄，薄膜的发光性能得到明显改善，主要原因是导带上电子向VZn的浅受主能级跃迁和浅施主能级上的Zni向价带顶跃迁．当Sn掺杂量为0.002和0.004时，紫外发射峰强度较高，蓝移明显，这是由于Sn掺杂能促进辐射激子复合和带间跃迁．此外，可见发射带的较低强度可能是由于Sn掺杂降低了薄膜的缺陷．而随着Sn浓度的增加，近能带发射峰的强度明显降低．这个结果可以解释为Sn的浓度增加，导致出现更多杂质进而改变膜的结构，因此结晶质量降低．说明适量的Sn掺杂，可以提高薄膜的发光性能．2.4 透过率分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]K掺杂量对K-N共掺ZnO薄膜光学性能的影响[J]. 王玉新,臧谷丹,陈苗苗,崔潇文,赵帅,王磊,李真,阎堃. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]MgxZn1-xO复合薄膜带隙展宽的研究[J]. 王玉新,臧谷丹,崔潇文,赵帅,王磊,李真,刘子伟. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]ZnO纳米晶薄膜/p-Si异质结制备及其光电特性[J]. 丁和胜,殷磊,袁兆林,任亚杰,黄文登,邓建平. 光电子·激光. 2018(05)
[4]退火温度对ZnO纳米线阵列形貌、结构和光学特性的影响[J]. 殷磊,丁和胜,袁兆林,任亚杰,张鹏超,邓建平. 光电子·激光. 2018(04)
[5]射频磁控溅射法制备GZO:Ti薄膜的微结构及其光学性质[J]. 张腾,胡诚,谭兴毅,朱永丹. 光电子·激光. 2017(11)
[6]聚合物级联发光器件[J]. 雷勇,刘振,范昌君,吉霞霞,彭雪峰,李国庆,杨晓晖. 光谱学与光谱分析. 2017(03)
[7]铬掺杂氧化锌薄膜的超声喷雾法制备及其光学与磁学性质[J]. 陈翔,杨文宇,张慧钦,邹明忠,庄彬,林应斌,黄志高. 光谱学与光谱分析. 2016(05)
[8]Al掺杂四针状ZnO纳米结构的制备及其光致发光和场发射特性[J]. 周雄图,曾祥耀,张永爱,郭太良. 发光学报. 2013(11)
本文编号：3565507
【文章来源】：辽宁师范大学学报(自然科学版). 2020,43(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同Sn、Mg掺杂比例ZnO薄膜XRD图
图2显示了Sn掺杂浓度对Sn-Mg共掺杂ZnO薄膜表面形貌的影响．其中，图2a～图2e的Sn4+掺杂量分别为0.002,0.004,0.006,0.008,0.010，放大倍数分别为10.0×103,30.0×103,30.0×103,60.0×103和30.0×103．可以看出当Sn掺杂量为0.002和0.004时薄膜表面致密、均匀，随着掺杂量的进一步增加，薄膜开始出现轻微团聚现象，表面粗糙度增加，与XRD结果一致．2.3 发光性能分析
如图3所示，在室温下测量了薄膜的光致发光谱，激发波长为325nm．图中分别显示了360～410nm和410～600nm范围内的两种发光带．可以看出，近能带发射峰的位置随着Mg掺杂而发生蓝移．Sn掺入后，370nm附近的紫外发射峰变强，并且峰形变窄，薄膜的发光性能得到明显改善，主要原因是导带上电子向VZn的浅受主能级跃迁和浅施主能级上的Zni向价带顶跃迁．当Sn掺杂量为0.002和0.004时，紫外发射峰强度较高，蓝移明显，这是由于Sn掺杂能促进辐射激子复合和带间跃迁．此外，可见发射带的较低强度可能是由于Sn掺杂降低了薄膜的缺陷．而随着Sn浓度的增加，近能带发射峰的强度明显降低．这个结果可以解释为Sn的浓度增加，导致出现更多杂质进而改变膜的结构，因此结晶质量降低．说明适量的Sn掺杂，可以提高薄膜的发光性能．2.4 透过率分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]K掺杂量对K-N共掺ZnO薄膜光学性能的影响[J]. 王玉新,臧谷丹,陈苗苗,崔潇文,赵帅,王磊,李真,阎堃. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2018(04)
[2]MgxZn1-xO复合薄膜带隙展宽的研究[J]. 王玉新,臧谷丹,崔潇文,赵帅,王磊,李真,刘子伟. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]ZnO纳米晶薄膜/p-Si异质结制备及其光电特性[J]. 丁和胜,殷磊,袁兆林,任亚杰,黄文登,邓建平. 光电子·激光. 2018(05)
[4]退火温度对ZnO纳米线阵列形貌、结构和光学特性的影响[J]. 殷磊,丁和胜,袁兆林,任亚杰,张鹏超,邓建平. 光电子·激光. 2018(04)
[5]射频磁控溅射法制备GZO:Ti薄膜的微结构及其光学性质[J]. 张腾,胡诚,谭兴毅,朱永丹. 光电子·激光. 2017(11)
[6]聚合物级联发光器件[J]. 雷勇,刘振,范昌君,吉霞霞,彭雪峰,李国庆,杨晓晖. 光谱学与光谱分析. 2017(03)
[7]铬掺杂氧化锌薄膜的超声喷雾法制备及其光学与磁学性质[J]. 陈翔,杨文宇,张慧钦,邹明忠,庄彬,林应斌,黄志高. 光谱学与光谱分析. 2016(05)
[8]Al掺杂四针状ZnO纳米结构的制备及其光致发光和场发射特性[J]. 周雄图,曾祥耀,张永爱,郭太良. 发光学报. 2013(11)
本文编号：3565507
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