稀土元素?fù)诫sZnO薄膜的電沉積研究.pdf

1、ZnO是直接寬帶隙,禁帶寬約為3.37 eV的半導(dǎo)體材料,與其他光電材料相比有許多優(yōu)點。氧化鋅由于它的直接寬帶隙,并且由于它熱猝滅光電子能量較低,可以在整個紫外區(qū)、可見區(qū)、紅外區(qū),進(jìn)行發(fā)射,所以適合做稀土元素的發(fā)光主體。近年來,大多數(shù)研究稀土元素?fù)诫s氧化鋅的能量轉(zhuǎn)移或上轉(zhuǎn)換發(fā)光,研究電極/溶液界面pH,添加劑對稀土元素?fù)诫s氧化鋅性質(zhì)的影響較少。
　　 本論文首先采用四電極系統(tǒng),原位監(jiān)測了電沉積過程電極/溶液界面pH值對鋅鈰氧化物

2、薄膜組成的影響,隨后用三電極系統(tǒng)在無添加劑和有添加劑條件下,電沉積制備了稀土元素鈰、鐠摻雜氧化鋅的薄膜。
　　 首先,采用四電極系統(tǒng),原位監(jiān)測了電沉積過程電極/溶液界面pH值對鋅鈰氧化物薄膜的組成的影響。結(jié)果表明,通過控制電極/溶液界面的pH值可以有效地調(diào)節(jié)電沉積產(chǎn)物組成;討論了電極表面金屬氧化物的電化學(xué)沉積機理,并闡明了液-固兩相中金屬離子存在形態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)決定了混合金屬氧化物的組成。
　　 第二,采用三電極體系,陰

3、極恒電位電沉積一步沉積法,在硝酸鋅和不同濃度的硝酸鈰和硝酸鐠溶液中在ITO襯底上制備了Ce(Ⅲ)-摻雜ZnO、Pr(Ⅲ)-摻雜ZnO的薄膜。并通過電流密度-時間圖、X射線粉末衍射(XRD)、光致發(fā)光光譜(PL)、IUV/IDLE對樣品結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶質(zhì)量等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,所制備的稀土元素?fù)诫s氧化鋅結(jié)構(gòu)都是c軸擇優(yōu)取向的ZnO纖鋅礦結(jié)構(gòu)。光致發(fā)光光譜表明,摻雜的ZnO薄膜紫外峰位產(chǎn)生了紅移,且摻雜元素為Pr(Ⅲ)與摻雜元素為Ce

4、(Ⅲ)的ZnO薄膜比較有新的發(fā)光峰形成,即以550 nm為中心的較寬的綠光峰。IUV/IDIE表明薄膜的結(jié)晶度都比較好,但是隨著Pr(Ⅲ)濃度的增加,結(jié)晶質(zhì)量越來越差,缺陷濃度越來越大。
　　 第三,采用陰極恒電位電沉積法,在不同添加劑的0.01 mo/LZn(NO3)2和0.005 mol/Lce(NO3)3溶液中電沉積制備了Ce摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)。X射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紫外.可見透射光譜、光致發(fā)光光譜

5、等實驗技術(shù)研究了樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性質(zhì)等。紫外-可見透射光譜實驗顯示,添加劑為六次甲基四胺和硝酸銨的氧化鋅薄膜在可見光區(qū)的光學(xué)透過率＞90％,添加劑為醋酸銨和氯化鉀的氧化鋅薄膜在可見光區(qū)的光學(xué)透過率＞75%。光致發(fā)光譜顯示,醋酸銨和氯化鉀為添加劑時,加強了以550nm為中心的寬綠光發(fā)射強度,硝酸銨是抑制了氧化鋅的熒光強度,六次甲基四胺對氧化鋅的熒光強度沒有影響。
　　 最后,在不同濃度的Pr(NO3)3的0.01 m