文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
Sol-gel法制备稀土掺杂ZAO薄膜的红外发射率及光致发光特性
研究
姓名:王政
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:周飞;王美玲
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
利用溶胶凝胶法,在石英玻璃的基底上沉积了镧系稀土元素和 Al 共掺的 ZnO 薄膜,利用
了 XRD 衍射和 SEM 分别研究了薄膜的结构和表面形貌。
在不同 Er 掺杂浓度和退火温度下研究了 ZAOEr 薄膜在 8~14μm 的红外发射率和光学性质。
ZAOEr 薄膜具有六方纤锌矿的结构,并且沿(002)晶向择优生长,可见光范围内的透光率在
85%以上。薄膜的禁带宽度会随着 Er 含量的增加而出现红移。当激发波长为 290nm 时,可观
察到一个紫光发射和蓝光发射。当激发波长为 370nm,可观察到一个强烈的绿光发射。CL 谱
中 305nm 处出现的紫外峰与 Er3+的掺杂有关。大体上,随着热处理温度的升高,ZAOEr 薄膜的
红外发射率呈下降趋势,并且在退火温度为 900℃,Er 掺杂浓度为 2 at.%时其红外发射率最小,
为。
研究了不同稀土元素(Y3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、
Er3+、Yb3+和 Lu3+)掺杂的 ZAOR 薄膜的红外发射率和光学性质,ZAOR 薄膜在可见光的透光
率在 85%以上,和 ZAO 薄膜相比,随着稀土元素的掺入,禁带宽度出现了减小,当激发波长
为 370nm 时,可观察到强烈的绿光发射峰,其中 ZAOGd 薄膜的绿光发射峰强度最强。ZAONd
薄膜具有最小的红外发射率。阴极荧光谱中 310nm 左右出现的紫外峰与稀土离子的掺杂
有关。
研究了不同转速条件下 ZnO,ZAO 和 ZAOEr 显微形貌的影响,探讨了不同转速对薄膜透
光性能和光致发光性能的影响,转速在 2000rpm 时的(002)峰的强度要高于其他转速条件。同时
纯 ZnO 薄膜的 C 轴择优取向性要强于掺杂后的薄膜。随着转速的升高,薄膜致密性下降,孔隙
增多。ZnO 薄膜近带边发射峰随着 Al3+和 Er3+的掺入,强度下降,深能级发射峰则进一步增强,
随着转速的降低,深能级发射峰的强度逐渐升高。

关键词:ZAO,溶胶凝胶方法,红外发射率,透光率,光致发光
i
Sol-gel 法制备稀土掺杂 ZAO 薄膜的红外发射率及光致发光特性研究
Abstract
Lanthanide rare earth and aluminium co-doped ZnO(ZAOR) thin films were deposited on quartz
substrate by sol–gel method. Their structure and morphology were investigated using X-ray
diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), respectively.
The Infrared emissivity in the 8~14μm and optical properties of ZAOEr derived from different
Erbium content and different heat treatment temperature have been studied. The ZAOEr films exhibit
wurtzite structure with preferential orientation of the (002) plane, and have an average transmittance
over 85% in the visible range. The red shift of the band gap in the ZAOEr thin films was observed as
the content of Er became higher. The ultraviolet and blue emission peaks were observed with laser
excitation at the wavelength of 290nm. The green emission peak was observed with laser excitation at
the wavelength of 37