P和Sb摻雜ZnO納米材料的制備、表征及發(fā)光特性研究.pdf

1、ZnO是一種具有多種優(yōu)異性能的寬帶隙半導體材料，在紫外光發(fā)射、壓電轉(zhuǎn)換器和傳感器等方面具有廣泛應用前景。ZnO的摻雜是非常重要的半導體改性技術(shù)，其中p型摻雜ZnO的實現(xiàn)是ZnO基光電器件的關(guān)鍵，因此p型摻雜是ZnO研究的重要課題。ZnO的p型摻雜元素通常選用Ⅰ族和Ⅴ族元素，但是由于Ⅰ族元素離子半徑較小，容易形成間隙，充當施主缺陷自補償受主，所以I族元素并不理想。本文以V族元素P，Sb作為摻雜劑，采用熱蒸發(fā)氣相沉積法，分別制備出并表征了摻

2、雜ZnO納米結(jié)構(gòu)，并對其光學性能等方面進行探討，主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　?。?）P摻雜ZnO納米材料的制備及發(fā)光特性
　　以Zn/C混合粉末為原料，P2O5為摻雜劑，制備出形貌類似花狀的ZnO:P納米材料。X射線衍射譜（XRD）分析證實納米材料為單晶ZnO，進一步的拉曼（Raman）光譜證實在478cm-1峰位觀測到P-O局域振動模，意味著P元素替代了Zn格位摻入了ZnO中。在低溫（10K）的光致發(fā)光譜中觀測到與磷摻雜相

3、關(guān)的FA和DAP躍遷，因此證實磷元素作為受主摻雜進入ZnO晶格，并計算得出P摻雜受主電離能位于距離價帶頂137meV處。
　?。?）溫度、磷摻雜劑濃度對ZnO:P納米材料晶體結(jié)構(gòu)及發(fā)光性能影響
　　通過改變反應溫度，制備出不同的P摻雜ZnO納米材料，掃描電鏡（SEM）形貌觀察結(jié)果顯示：隨著制備溫度的增高，產(chǎn)物形貌由四角錐向多角錐轉(zhuǎn)變；X射線衍射圖譜結(jié)果表明，ZnO的（002）衍射峰隨著制備溫度的升高向大角度偏移量逐漸增大，衍

4、射峰的半高寬逐漸變寬；拉曼光譜證實900℃條件下P替換O產(chǎn)生P-Zn局域振動模，而700℃下則是P替換Zn產(chǎn)生P-O局域振動模。通過改變摻雜劑的濃度，過高的摻雜濃度下產(chǎn)生第二相。在摻雜濃度為2％和3%時，P原子即替換O原子，也替換Zn原子存在。室溫下PL譜表明，隨著摻雜濃度的增大，ZnO:P的結(jié)晶性逐漸變差，紫外發(fā)射峰與可見區(qū)域發(fā)光峰分別出現(xiàn)不同程度的紅移和藍移。最后我們分析認為ZnO:P的制備溫度為700℃，磷摻雜濃度為2～3%時最有

5、利于p型摻雜。
　　（3）Sb摻雜ZnO納米材料制備及性能研究
　　以Zn/C/Sb2O3混合粉末為原料，制備出形貌為納米顆粒的ZnO:Sb納米材料。XRD結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)沿c軸擇優(yōu)生長，這與高倍TEM晶格像結(jié)果一致；能譜分析儀（EDS）證實了Sb的摻雜濃度（at.%）為1.29%；拉曼光譜分析表明：Sb摻雜樣品中出現(xiàn)與Sb摻雜相關(guān)的位于500～600cm-1的寬帶,位于683cm-1出現(xiàn)由于Sb替換Zn而產(chǎn)生的Sb-O-Sb

6、振動模；室溫PL譜發(fā)現(xiàn)Sb摻雜ZnO導致結(jié)晶性下降，近帶邊發(fā)射紅移而可見光發(fā)光峰藍移。改變摻雜劑濃度，ZnO的E2H峰強度逐漸減弱。當摻雜濃度為1%，2%，3%時出現(xiàn)Sb-O-Sb振動模，說明Sb替換了Zn格位。室溫PL表明，可見光區(qū)的綠光發(fā)射可能與O空位有著直接關(guān)系，富氧的生長條件有助于抑制ZnO中的缺陷，提高結(jié)晶性，進而對p型ZnO的獲得有利。
　　論文工作對V族元素P，Sb摻雜ZnO納米材料可控制備進行了有益的探索，闡述了溫