微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

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高立, 张建民. 2010: 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, 59(2): 1263-1267.
引用本文: 高立, 张建民. 2010: 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, 59(2): 1263-1267.
Gao Li, Zhang Jian-Min. 2010: Photoluminescence of diluted Mg doped ZnO thin films and band-gap change mechanisms, Acta Physica Sinica, 59(2): 1263-1267.
Citation: Gao Li, Zhang Jian-Min. 2010: Photoluminescence of diluted Mg doped ZnO thin films and band-gap change mechanisms, Acta Physica Sinica, 59(2): 1263-1267.

微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

Photoluminescence of diluted Mg doped ZnO thin films and band-gap change mechanisms

  • 摘要: 利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微最Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg~(2+)替代Zn~(2+)附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg~(2+)替代的Zn~(2+)周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36-3.52 eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10~(-3),3.4×10~(-3)和8.1×10~(-2)Q·cm.
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出版历程
  • 刊出日期:  2010-02-28

微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

  • 陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安,710062

摘要: 利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微最Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg~(2+)替代Zn~(2+)附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg~(2+)替代的Zn~(2+)周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36-3.52 eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10~(-3),3.4×10~(-3)和8.1×10~(-2)Q·cm.

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