Bi掺杂ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜性能研究

发布时间：2021-03-08 03:55

　　采用溶胶-凝胶法制备得到不同浓度Bi³⁺掺杂ZnO籽晶层,又进一步采用水热法合成了六方纤锌矿结构的ZnO纳米棒。通过X线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、光致发光（PL）谱等测试手段对样品结构、形貌和光学性能进行测试和表征。结果表明,在不同浓度Bi掺杂ZnO籽晶层上生长纳米ZnO薄膜,ZnO的晶体结构没有改变,均为六方纤锌矿结构,且（002）晶面的峰强明显高于其他晶面的峰强值;在FESEM电镜观察下发现,不同掺杂浓度Bi掺杂ZnO籽晶层上水热生长的纳米ZnO薄膜均为纳米棒状。PL光谱显示随着Bi掺杂量增加,样品的近紫外发射峰和晶格缺陷峰等峰值明显增大,且有红移现象产生。其中禁带宽度随着Bi掺杂量的增大而减小,说明Bi³⁺可以有效地调节ZnO的禁带宽度。 

【文章来源】：压电与声光. 2020,42(03)北大核心

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【部分图文】：

不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜的XRD图

图2为不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜的FESEM图。由图可看出,制备的不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜呈均匀的纳米棒状,在其籽晶层掺杂Bi离子后未改变ZnO纳米棒的微观形貌。2.3 不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜的光致发光(PL)分析

图3为不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜的光致发光(PL)光谱。由图可知,不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO在398.4 nm、452.1 nm和468.8 nm处出现3个主要的发光峰。其中,398.4 nm处为导带与价带引发的近紫外发射峰,可能是由于价带电子被激发到导带后,又跃迁回价带与空穴复合导致发光峰的产生[18-19];而452.1 nm和468.8 nm处的发光峰可能是由深能级晶格缺陷(锌间隙和氧空位等)或电子从氧空位浅施主能级/间隙锌到价带顶或导带底到锌空位的浅受主能级的复合导致[20]。图3中,Bi-ZnO籽晶层生长ZnO纳米棒峰值与纯ZnO籽晶层生长ZnO纳米棒峰值相比有一定程度的升高,这些变化可能是由于Bi3+提供大量的电子-空穴对,即:电子从导带跃迁到价带成为价带电子,从而在导带中形成空穴。存在大量的价带电子,价带电子跃迁到导带,又跃迁回价带与空穴复合,从而导致PL发光峰增大。2.4 不同浓度Bi-ZnO籽晶层生长纳米ZnO薄膜的紫外-可见光谱(UV-vis)分析


本文编号：3070367