Al-Sb共掺ZnO纳米薄膜的可控制备、结构表征及物性

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发表于 2022-8-30 15:01:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
由于氧化锌在太阳能电池、声表面波器件、紫外光探测器、压敏气敏器件等方面具有广泛的应用,因此掺杂改进氧化锌的带隙及物性已成为材料、物理及化学等学科研究的热点之一。本文采用溶胶-凝胶法制备出Al掺杂ZnO薄膜、Al和Sb共掺ZnO薄膜,并将溶胶-凝胶法与水热法相结合制备出Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜,系统地研究了这些薄膜的结构、光学及电学性能。获得了如下重要的研究结果:(1) 用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备出一系列纤锌矿型的Al掺杂ZnO薄膜,实验结果表明:当在氢气中退火温度为550℃、退火时间为2h、 Al掺杂量为1.0 at%时,Al掺杂ZnO薄膜的可见光透光率高达85%以上,电阻率降低到3.2×10-3 Ω•cm;氢气中退火处理的薄膜晶体质量明显优于空气中退火处理的。(2) 利用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备出一系列纤锌矿型的Al和Sb共掺ZnO薄膜,研究结果发现:当在空气中退火温度为550℃、退火时间为2h、Al和Sb共掺量为1.5at%时,Al和Sb共掺ZnO薄膜的可见光透光率高达80%以上、电阻率为2.5Ω•cm;而当该薄膜在氢气中退火温度为550℃、退火时间为2h、Al和Sb共掺量为1.5at%时, Al和Sb共掺ZnO薄膜的可见光透光率高达80%以上、电阻率剧降为1.02×10-3Ω•cm。这是由于Al和Sb共掺ZnO薄膜在氢气退火处理比在空气退火处理获得较多的浅施主间隙锌Zni,较少的受主锌空位VZn。 (3) 将溶胶-凝胶法与低温水热法相结合,在预先生长的ZnO活性种子层的玻璃基底上制备出一系列Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜,研究了水热合成温度和时间、氨水/硝酸锌的摩尔比、Al和Sb共掺对薄膜的形貌和结构的影响。研究结果表明:当水热合成温度、时间和氨水/硝酸锌的摩尔比分别为70℃、5h和8:1时,可获得六边形纤锌矿的、延(002)晶面择优生长的及直径约27.8 nm和长度约1.02 μm的Al和Sb共掺ZnO纳米棒定向有序阵列薄膜;未掺杂的ZnO纳米棒顶部呈规则的六边形,而Al和Sb掺杂ZnO纳米棒顶部呈不规则的六边形,这是由于Sb的掺入使ZnO的六边形棱角部分被腐蚀掉了。  (4) 利用紫外-可见光光谱仪和荧光光谱仪对Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜的光学性能进行了系统的表征和分析,研究结果表明:当水热生长时间、氨水/硝酸锌摩尔比及Al和Sb共掺量分别为5h、8:1、5.0at%时,所制备的Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜的透光率高达90%;且该薄膜在545nm处的发光减少、在414nm处的发光增强。这是由于掺杂Al和Sb后,薄膜增加了Zni缺陷,减少了Oi缺陷。(5) 利用拉曼光谱仪对Al和Sb共掺ZnO有序阵列薄膜的拉曼光谱进行了系统的表征和分析,研究结果表明:当水热生长时间、氨水/硝酸锌的摩尔比、Al和Sb的掺杂量分别为5h、8:1、5.0at%时,Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜相对于未掺杂ZnO薄膜的Raman振动峰580 cm-1产生15 cm-1偏移,且有低的对称影响因子Гa /Гb 为1.17。





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