搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究

吴艳南 徐明 吴定才 董成军 张佩佩 纪红萱 何林

引用本文:
Citation:

Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究

吴艳南, 徐明, 吴定才, 董成军, 张佩佩, 纪红萱, 何林

Effects of Co and/or Sn doping on crystal structures and optical properties of ZnO thin films

Wu Yan-Nan, Xu Ming, Wu Ding-Cai, Dong Cheng-Jun, Zhang Pei-Pei, Ji Hong-Xuan, He Lin
PDF
导出引用
  • 采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co,Sn掺杂ZnO系列薄膜.通过金相显微镜和X射线衍射(XRD)研究了Co与Sn掺杂对薄膜的表面形貌和微结构的影响.XRD结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,特别Sn单掺ZnO薄膜的c轴择优取向最为显著,而且晶粒尺寸最大.XPS测试表明样品中Co和Sn的价态分别为2+和4+,证实Co2+,Sn4+进入了ZnO的晶格.室温光致发光谱(PL)显示在所有的样品中都有较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发
    The Co and/or Sn doped ZnO thin films are deposited on the glass substrates by the sol-gel method. The effects of Co and/or Sn doping on surface morphologies and mircrostructures of ZnO films are investigated by metallurgical microscope and X-ray diffraction (XRD). The XRD results indicate that all the ZnO samples show preferential orientation along the (002) direction, and that the Sn-doped ZnO thin film exhibits the best c-axis orientation and largest grain size. XPS results reveal that Co and Sn elements exist as Co2+ and Sn4+, indicating that Co and Sn ions have entered into the ZnO crystal lattices successfully. Strong blue double emission and weak green emission are observed in the PL spectra of all the samples. In addition, the ultraviolet peaks appear in the undoped and the Co-doped ZnO thin films. Our results reveal that the Co and/or Sn doping can tune the band gap, meanwhile, such a doping can also affect oxygen dislocation, zinc oxygen and zinc interstial defect concentrations. Finally, the possible luminescence mechanisms of Co and/or Sn doped ZnO films are discussed.
    • 基金项目: 四川省教育厅基金(基金号: 2006C020)和西南民族大学引进人才基金(批准号:26727501)资助的课题.
    [1]

    Rodgriguez J A, Jirsak T, Dvorak J, Sambasivan S, Fischer D 2000 J. Phys. Chem. B 104 319

    [2]

    Look D C, Reynolds D C, Sizelove J R, Jones R L, Litton C W, Cantwell G, Harsch W C 1998 Solid State Commun. 105 399

    [3]

    Zhang X J, Ma H L, Li Y X, Wang Q P, Ma J, Zong F J, Xiao H D 2006 Chin. Phys. 15 2385

    [4]

    Cao H, Xu J Y, Zhang D Z, Chang S H, Ho S X, Seelig E W, Liu X, Chang R P H 2000 Phys. Revl. Lett. 84 5584

    [5]

    Li Y, Meng G W, Zhang L D, Phillipp F 2000 Appl. Phys. Lett. 76 2011

    [6]

    Jiao S J, Lü Y M, Shen D Z, Zhang Z Z, Li B H, Zhang J Y, Zhao D X 2006 Chin. J. Lumin 27 499 (in Chinese) [矫淑杰、吕有明、申德振、张振中、李炳辉、张吉英、 赵东旭 2006 发光学报 27 499]

    [7]

    Yang J J, Fang Q Q, Wang B M, Wang C P, Zhou J, Li Y, Liu Y M, Lü Q R 2007 Acta Phys. Sin. 56 1116 (in Chinese) [杨景景、方庆清、王保明、王翠平、周 军、李 雁、刘艳美、吕庆荣 2007 物理学报 56 1116]

    [8]

    Shen Y B, Zhou X, Xu M, Ding Y C, Duan M Y, Linghu R F, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 3440 (in Chinese) [沈益斌、周 勋、徐 明、丁迎春、段满益、令狐荣锋、祝文军 2007 物理学报 56 3440]

    [9]

    Gong M G, Xu X L, Yang Z, Liu Y S, Liu L 2010 Chin. Phys. B 19 056701

    [10]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益、徐 明、周海平、沈益斌、陈青云、丁迎春、祝文军 2007 物理学报 56 5359]

    [11]

    Liu B, Wu Y S, Wu L L, Tian F, Dou Z W, Mao H Z 2008 Chin. J. Lumin 29 532 (in Chinese) [刘 宝、吴佑实、吴莉莉、田 芳、窦珍伟、毛宏志 2008 发光学报 29 532]

    [12]

    Shan F K, Kim B I, Liu G X, Liu Z R, Sohn J Y, Lee W J, Shin B C, Yu Y S 2004 J. Appl. Phys. 95 4772

    [13]

    Wen J, Chen C L 2008 Journal of Sichuan Normal University (Natural Science) 31 732 (in Chinese) [文 军、陈长乐 2008 四川师范大学学报(自然科学版) 31 732]

    [14]

    Wang D Y, Gao S X, Li G, Zhao M 2010 Acta Phys. Sin. 59 3473 (in Chinese) [王德义、高书霞、李 刚、赵 鸣 2010 物理学报 59 3473]

    [15]

    Xu M, Zhao H, Ostrikov K, Duan M Y, Xu L X 2009 J. Appl. Phys. 105 043708

    [16]

    Hu Z G, Duan M Y, Xu M, Zhou X, Chen Q Y, Dong C J, Linghu R F 2009 Acta Phys. Sin. 58 1166 (in Chinese) [胡志刚、段满益、徐 明、周 勋、陈青云、董成军、令狐荣峰 2009 物理学报 58 1166]

    [17]

    Vaezi M R, Sadrnezhaad S K 2007 Materials and Design 28 1065

    [18]

    Bougrine A, El Hichou A, Addou M, Ebothe J, Kachouane A, Troyon M 2003 Materials Chemistry and Physics 80 438

    [19]

    Holmelund E, Schou J, Tougaard S, Larsen N B 2002 Appl. Surf. Sci. 197 467

    [20]

    Guo J L, Chang Y Q, Wang M W, Lu Y D, Long Y 2009 Functional Materials 40 332 (in Chinese) [郭佳林、常勇勤、王明文、陆映东、龙 毅 2009 功能材料 40 332]

    [21]

    Meng H, Wang C 2007 Chinese Journal of Semiconductors 28 267 (in Chinese) [孟 慧、王 聪 2007 半导体学报 28 267]

    [22]

    Li H, Wang W, Jiang G S 2008 Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory 25 742 (in Chinese) [李 惠、汪 雯、江国顺 2008 光谱实验室 25 742]

    [23]

    Wu D C, Hu Z G, Duan M Y, Xu L X, Liu F S, Dong C J, Wu Y N, Ji H X, Xu M 2009 Acta Phys. Sin. 58 7261 (in Chinese) [吴定才、胡志刚、段满益、徐禄祥、刘方舒、董成军、吴艳南、纪红萱、徐 明 2009 物理学报 58 7261]

    [24]

    Wang Q P, Zhang D H, Ma H L, Zhang X H, Zhang X J 2003 Appl. Surf. Sci. 220 12

    [25]

    Lin B X, Fu Z X, Jia Y B, Liao G H 2001 Acta Phys. Sin. 50 2208 (in Chinese) [林碧霞、傅竹西、贾云波、廖桂红 2001 物理学报 50 2208]

    [26]

    Posada E, Tobin G, McGlynn E, Lunney J G 2003 Appl. Surf. Sci. 208 589

    [27]

    Xu P S, Sun Y M, Shi C S, Xu F Q, Pan H B 2001 Sci. Chin. Ser. A 31 358 (in Chinese) [徐彭寿、孙玉明、施朝淑、徐法强、潘海斌 2001 中国科学, A辑 31 358]

    [28]

    Liu J D, Wang Y H 2010 Acta Phys. Sin. 59 3558 (in Chinese) [刘吉地、王育华 2010 物理学报 59 3558]

    [29]

    Zhao Y Z, Chen C L, Gao G M, Yang X G, Yuan X, Song Z M 2006 Acta Phys. Sin. 55 3132 (in Chinese) [赵跃智、陈长乐、高国棉、杨晓光、袁 孝、宋宙模 2006 物理学报 55 3132]

  • [1]

    Rodgriguez J A, Jirsak T, Dvorak J, Sambasivan S, Fischer D 2000 J. Phys. Chem. B 104 319

    [2]

    Look D C, Reynolds D C, Sizelove J R, Jones R L, Litton C W, Cantwell G, Harsch W C 1998 Solid State Commun. 105 399

    [3]

    Zhang X J, Ma H L, Li Y X, Wang Q P, Ma J, Zong F J, Xiao H D 2006 Chin. Phys. 15 2385

    [4]

    Cao H, Xu J Y, Zhang D Z, Chang S H, Ho S X, Seelig E W, Liu X, Chang R P H 2000 Phys. Revl. Lett. 84 5584

    [5]

    Li Y, Meng G W, Zhang L D, Phillipp F 2000 Appl. Phys. Lett. 76 2011

    [6]

    Jiao S J, Lü Y M, Shen D Z, Zhang Z Z, Li B H, Zhang J Y, Zhao D X 2006 Chin. J. Lumin 27 499 (in Chinese) [矫淑杰、吕有明、申德振、张振中、李炳辉、张吉英、 赵东旭 2006 发光学报 27 499]

    [7]

    Yang J J, Fang Q Q, Wang B M, Wang C P, Zhou J, Li Y, Liu Y M, Lü Q R 2007 Acta Phys. Sin. 56 1116 (in Chinese) [杨景景、方庆清、王保明、王翠平、周 军、李 雁、刘艳美、吕庆荣 2007 物理学报 56 1116]

    [8]

    Shen Y B, Zhou X, Xu M, Ding Y C, Duan M Y, Linghu R F, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 3440 (in Chinese) [沈益斌、周 勋、徐 明、丁迎春、段满益、令狐荣锋、祝文军 2007 物理学报 56 3440]

    [9]

    Gong M G, Xu X L, Yang Z, Liu Y S, Liu L 2010 Chin. Phys. B 19 056701

    [10]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益、徐 明、周海平、沈益斌、陈青云、丁迎春、祝文军 2007 物理学报 56 5359]

    [11]

    Liu B, Wu Y S, Wu L L, Tian F, Dou Z W, Mao H Z 2008 Chin. J. Lumin 29 532 (in Chinese) [刘 宝、吴佑实、吴莉莉、田 芳、窦珍伟、毛宏志 2008 发光学报 29 532]

    [12]

    Shan F K, Kim B I, Liu G X, Liu Z R, Sohn J Y, Lee W J, Shin B C, Yu Y S 2004 J. Appl. Phys. 95 4772

    [13]

    Wen J, Chen C L 2008 Journal of Sichuan Normal University (Natural Science) 31 732 (in Chinese) [文 军、陈长乐 2008 四川师范大学学报(自然科学版) 31 732]

    [14]

    Wang D Y, Gao S X, Li G, Zhao M 2010 Acta Phys. Sin. 59 3473 (in Chinese) [王德义、高书霞、李 刚、赵 鸣 2010 物理学报 59 3473]

    [15]

    Xu M, Zhao H, Ostrikov K, Duan M Y, Xu L X 2009 J. Appl. Phys. 105 043708

    [16]

    Hu Z G, Duan M Y, Xu M, Zhou X, Chen Q Y, Dong C J, Linghu R F 2009 Acta Phys. Sin. 58 1166 (in Chinese) [胡志刚、段满益、徐 明、周 勋、陈青云、董成军、令狐荣峰 2009 物理学报 58 1166]

    [17]

    Vaezi M R, Sadrnezhaad S K 2007 Materials and Design 28 1065

    [18]

    Bougrine A, El Hichou A, Addou M, Ebothe J, Kachouane A, Troyon M 2003 Materials Chemistry and Physics 80 438

    [19]

    Holmelund E, Schou J, Tougaard S, Larsen N B 2002 Appl. Surf. Sci. 197 467

    [20]

    Guo J L, Chang Y Q, Wang M W, Lu Y D, Long Y 2009 Functional Materials 40 332 (in Chinese) [郭佳林、常勇勤、王明文、陆映东、龙 毅 2009 功能材料 40 332]

    [21]

    Meng H, Wang C 2007 Chinese Journal of Semiconductors 28 267 (in Chinese) [孟 慧、王 聪 2007 半导体学报 28 267]

    [22]

    Li H, Wang W, Jiang G S 2008 Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory 25 742 (in Chinese) [李 惠、汪 雯、江国顺 2008 光谱实验室 25 742]

    [23]

    Wu D C, Hu Z G, Duan M Y, Xu L X, Liu F S, Dong C J, Wu Y N, Ji H X, Xu M 2009 Acta Phys. Sin. 58 7261 (in Chinese) [吴定才、胡志刚、段满益、徐禄祥、刘方舒、董成军、吴艳南、纪红萱、徐 明 2009 物理学报 58 7261]

    [24]

    Wang Q P, Zhang D H, Ma H L, Zhang X H, Zhang X J 2003 Appl. Surf. Sci. 220 12

    [25]

    Lin B X, Fu Z X, Jia Y B, Liao G H 2001 Acta Phys. Sin. 50 2208 (in Chinese) [林碧霞、傅竹西、贾云波、廖桂红 2001 物理学报 50 2208]

    [26]

    Posada E, Tobin G, McGlynn E, Lunney J G 2003 Appl. Surf. Sci. 208 589

    [27]

    Xu P S, Sun Y M, Shi C S, Xu F Q, Pan H B 2001 Sci. Chin. Ser. A 31 358 (in Chinese) [徐彭寿、孙玉明、施朝淑、徐法强、潘海斌 2001 中国科学, A辑 31 358]

    [28]

    Liu J D, Wang Y H 2010 Acta Phys. Sin. 59 3558 (in Chinese) [刘吉地、王育华 2010 物理学报 59 3558]

    [29]

    Zhao Y Z, Chen C L, Gao G M, Yang X G, Yuan X, Song Z M 2006 Acta Phys. Sin. 55 3132 (in Chinese) [赵跃智、陈长乐、高国棉、杨晓光、袁 孝、宋宙模 2006 物理学报 55 3132]

  • [1] 周小红, 杨卿, 邹军涛, 梁淑华. 生长条件对Ga掺杂ZnO薄膜微观结构及光致发光性能的影响. 物理学报, 2015, 64(8): 087803. doi: 10.7498/aps.64.087803
    [2] 张丽, 徐明, 余飞, 袁欢, 马涛. Fe, Co共掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究. 物理学报, 2013, 62(2): 027501. doi: 10.7498/aps.62.027501
    [3] 吴忠浩, 徐明, 段文倩. Fe掺杂对溶胶凝胶法制备的ZnO: Ni薄膜结构及发光特性的影响. 物理学报, 2012, 61(13): 137502. doi: 10.7498/aps.61.137502
    [4] 王德义, 高书霞, 李刚, 赵鸣. 溶胶-凝胶法制备Li-N双掺p型ZnO薄膜的结构、光学和电学性能. 物理学报, 2010, 59(5): 3473-3480. doi: 10.7498/aps.59.3473
    [5] 高立, 张建民. 微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1263-1267. doi: 10.7498/aps.59.1263
    [6] 王晓栋, 沈军, 王生钊, 张志华. 椭偏光谱法研究溶胶-凝胶TiO2薄膜的光学常数. 物理学报, 2009, 58(11): 8027-8032. doi: 10.7498/aps.58.8027
    [7] 吴定才, 胡志刚, 段满益, 徐禄祥, 刘方舒, 董成军, 吴艳南, 纪红萱, 徐明. Co与Cu掺杂ZnO薄膜的制备与光致发光研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7261-7266. doi: 10.7498/aps.58.7261
    [8] 梁丽萍, 徐 耀, 张 磊, 吴 东, 孙予罕, 李志宏, 吴忠华. 溶胶-凝胶方法制备ZrO2及聚合物掺杂ZrO2单层光学增反射膜. 物理学报, 2006, 55(8): 4371-4382. doi: 10.7498/aps.55.4371
    [9] 梁丽萍, 张 磊, 徐 耀, 章 斌, 吴 东, 孙予罕, 蒋晓东, 魏晓峰, 李志宏, 吴忠华. PVP掺杂-ZrO2溶胶-凝胶工艺制备多层激光高反射膜的研究. 物理学报, 2006, 55(11): 6175-6184. doi: 10.7498/aps.55.6175
    [10] 孙成伟, 刘志文, 张庆瑜. 退火温度对ZnO薄膜结构和发光特性的影响. 物理学报, 2006, 55(1): 430-436. doi: 10.7498/aps.55.430
    [11] 袁艳红, 侯 洵, 高 恒. 超声处理对ZnO薄膜光致发光特性的影响. 物理学报, 2006, 55(1): 446-449. doi: 10.7498/aps.55.446
    [12] 徐波, 余庆选, 吴气虹, 廖源, 王冠中, 方容川. 应力和掺杂对Mg:GaN薄膜光致发光光谱影响的研究. 物理学报, 2004, 53(1): 204-209. doi: 10.7498/aps.53.204
    [13] 朋兴平, 兰 伟, 谭永胜, 佟立国, 王印月. Cu掺杂氧化锌薄膜的发光特性研究. 物理学报, 2004, 53(8): 2705-2709. doi: 10.7498/aps.53.2705
    [14] 李伙全, 宁兆元, 程珊华, 江美福. 射频磁控溅射沉积的ZnO薄膜的光致发光中心与漂移. 物理学报, 2004, 53(3): 867-870. doi: 10.7498/aps.53.867
    [15] 宋永梁, 季振国, 刘 坤, 王 超, 向 因, 叶志镇. 热处理参数对溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜特性的影响. 物理学报, 2004, 53(2): 636-639. doi: 10.7498/aps.53.636
    [16] 张德恒, 王卿璞, 薛忠营. 不同衬底上的ZnO薄膜紫外光致发光. 物理学报, 2003, 52(6): 1484-1487. doi: 10.7498/aps.52.1484
    [17] 何志巍, 甄聪棉, 兰 伟, 王印月. 溶胶-凝胶法制备纳米多孔SiO2薄膜. 物理学报, 2003, 52(12): 3130-3134. doi: 10.7498/aps.52.3130
    [18] 方泽波, 龚恒翔, 刘雪芹, 徐大印, 黄春明, 王印月. 退火对多晶ZnO薄膜结构与发光特性的影响. 物理学报, 2003, 52(7): 1748-1751. doi: 10.7498/aps.52.1748
    [19] 林碧霞, 傅竹西, 贾云波, 廖桂红. 非掺杂ZnO薄膜中紫外与绿色发光中心. 物理学报, 2001, 50(11): 2208-2211. doi: 10.7498/aps.50.2208
    [20] 刘舒曼, 刘峰奇, 张志华, 郭海清, 王占国. ZnO:Tb纳米晶的协同发光现象. 物理学报, 2000, 49(11): 2307-2309. doi: 10.7498/aps.49.2307
计量
  • 文章访问数:  9929
  • PDF下载量:  910
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-07-12
  • 修回日期:  2010-10-15
  • 刊出日期:  2011-07-15

/

返回文章
返回