您的位置: turnitin查重官网> 工程 >> 材料工程 >稀土元素稀土元素(Y~(3+),Nd~(3+))掺杂ZnO薄膜制备与其性能网

稀土元素稀土元素(Y~(3+),Nd~(3+))掺杂ZnO薄膜制备与其性能网

收藏本文 2024-03-25 点赞:26308 浏览:113304 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:ZnO是一种宽禁带直接带隙化合物半导体材料,具有六方晶系纤锌矿型晶体结构,它在室温中其禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,ZnO薄膜具备高的电阻率和良好的C轴结晶择优取向,这使得它具有良好的压电常数和机电耦合系数。未进行掺杂的ZnO薄膜的性能是不稳定的,不适宜直接用来进行材料的制备。由于ZnO不仅具有优异的光电性能,化学稳定性能,同时,热稳定性高,十分易于进行各种元素的掺杂,通过掺杂可以提升其性能,在各个领域都有非常大的运用价值。本论文主要阐述了目前全球最新的ZnO薄膜的探讨进展情况,对ZnO薄膜的主要制备策略、掺杂方向以及掺杂后的结构性能等方面做了非常详细的介绍。通过对ZnO薄膜进行稀土元素的掺杂,探讨不同变量对薄膜的光电性质的影响,为这一新的探讨方向提供了大量可靠的实验数据。同时,还提出了稀土元素掺杂后薄膜有着的一些不足以及这一探讨方向有待继续开发的一些内容。本实验主要采取溶胶-凝胶法,浸渍提拉工艺制备出稀土元素(Y3+,Nd3+)掺杂的ZnO薄膜,主要考察掺杂浓度、镀膜层数、热处理温度等等因素对薄膜的晶体结构、表面形貌、光电性能等方面的影响。主要的探讨内容是采取溶胶-凝胶法分别制备出Y3+和Nd3+掺杂的ZnO薄膜。选择掺杂浓度为1%、2%、3%,镀膜层数为20层、25层、30层,热处理温度为470℃、500℃、530℃。采取X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外分光光度计、拉曼光谱仪等仪器设备,对薄膜样品进行了浅析,得到薄膜的晶体结构、表面形貌、晶粒尺寸、方块电阻等等。通过对所制备样品的浅析,我们得出:制备的YZO(ZnO:Y)薄膜Y3+掺杂成功,进入ZnO的晶格内。Y3+的掺入使ZnO失去了原有的(002)择优取向,而(101)和(001)衍射峰有所增强。YZO薄膜表面致密均匀,内部结构呈网状,薄膜的平均透光率达到70%左右,透光率随着掺杂浓度的增加呈现出一定的规律,薄膜的电阻随着掺杂离子浓度的增加而先降低后增大。随着镀膜层数的增加,薄膜的透光率有所下降。热处理温度升高可以使薄膜的择优取向增强,晶体长大,同时可以增加薄膜的透光率。对于NZO(ZnO:Nd)薄膜而言,掺杂成功后,ZnO的择优取向完全消失,只是出现了六方纤锌矿型ZnO的三个主要特点峰。并且,随着Nd3+掺杂浓度的增大,薄膜的晶粒有细化的走势。我们通过溶胶-凝胶法制备出了表面均匀平整的薄膜,ZnO的形态是针状,致密性良好。随着热处理温度的升高,薄膜的紫外吸收边出现了“蓝移”。经过对各个参数的优化,我们得到的Y3+掺杂的最佳工艺条件:Y3+掺杂浓度为1%,镀膜层数为20层,热处理温度为530℃,热处理时间为2h,干燥温度为120℃;Nd3+掺杂薄膜的最佳工艺条件:Nd3+掺杂浓度为3%,镀膜层数为20层,热处理温度为500℃,热处理时间为2h,干燥温度为120℃。冷却方式都是随炉温冷却至室温。关键词:ZnO薄膜论文溶胶-凝胶法论文稀土元素论文提拉法论文

    摘要3-5

    Abstract5-10

    第一章 综述10-28

    1.1 引言10-11

    1.2 ZnO透明导电薄膜概述11-17

    1.2.1 氧化物透明导电薄膜概述11-14

    1.2.2 ZnO的基本性质14-17

    1.3 ZnO的形态及制备技术17-23

    1.3.1 ZnO体单晶17-18

    1.3.2 ZnO薄膜18-19

    1.3.3 ZnO薄膜的制备技术19-23

    1.4 ZnO薄膜的运用23-24

    1.4.1 在光电方面的运用23

    1.4.2 在压电方面的运用23-24

    1.4.3 在气敏方面的运用24

    1.4.4 在稀磁方面的运用24

    1.4.5 纳米ZnO的主要运用24

    1.5 稀土元素概述及稀土元素在ZnO薄膜材料制备中的运用前景24-26

    1.5.1 稀土的发光特性25

    1.5.2 稀土元素在功能陶瓷和高温结构陶瓷方面的运用25

    1.5.3 稀土元素在ZnO材料制备中的运用25-26

    1.6 不足的提出及本论文的探讨方向26-28

    1.6.1 不足的提出26-27

    1.6.2 本论文的探讨方向27-28

    第二章 实验历程与探讨策略28-42

    2.1 溶胶-凝胶技术28-33

    2.1.1 溶胶-凝胶法的技术进展28

    2.1.2 溶胶-凝胶技术的特点28-29

    2.1.3 溶胶-凝胶法在稀土发光材料制备方面的运用29-30

    2.1.4 溶胶-凝胶法的原理30

    2.1.5 溶胶-凝胶制备技术的关键30-31

    2.1.6 溶胶-凝胶法制备薄膜的常用工艺31-32

    2.1.7 溶胶-凝胶工艺的展望32-33

    2.2 本实验所采取的试剂及实验准备33-35

    2.2.1 实验试剂33-34

    2.2.2 衬底基片的选择和预处理34-35

    2.3 实验案例35

    2.4 实验策略35-36

    2.4.1 采取分液漏斗和试管的装置提拉制备ZnO薄膜35-36

    2.4.2 采取烧杯和输液管提拉装置制备ZnO薄膜36

    2.5 薄膜的制备历程36-37

    2.6 实验所用仪器以及浅析所用设备37-42

    2.6.1 X射线衍射浅析(XRD)38-39

    2.6.2 扫描电镜(SEM)39-40

    2.6.3 拉曼光谱浅析40-42

    第三章 Y~(3+)掺杂ZnO薄膜的实验结果浅析42-53

    3.1 Y~(3+)掺杂浓度变化对薄膜性质的影响42-46

    3.1.1 Y~(3+)掺杂浓度不同时的XRD浅析42-43

    3.1.2 Y~(3+)掺杂浓度不同时的SEM浅析43-44

    3.1.3 Y~(3+)掺杂浓度不同时的紫外浅析44-46

    3.1.4 Y~(3+)掺杂浓度不同时薄膜方块电阻浅析46

    3.2 镀膜层数变化对Y~(3+)掺杂薄膜性质的影响46-48

    3.2.1 镀膜层数不同时ZnO:Y薄膜的XRD浅析46-47

    3.2.2 镀膜层数不同时ZnO:Y薄膜的紫外浅析47

    3.2.3 镀膜层数不同时ZnO:Y薄膜的方块电阻浅析47-48

    3.3 热处理温度对Y~(3+)掺杂薄膜性质的影响48-51

    3.3.1 热处理温度不同时ZnO:Y薄膜的XRD浅析48-49

    3.3.2 热处理温度不同时ZnO:Y薄膜的SEM浅析49-50

    3.3.3 热处理温度不同时ZnO:Y薄膜的紫外浅析50

    3.3.4 热处理温度不同时ZnO:Y薄膜的拉曼光谱浅析50-51

    3.4 小结51-53

    第四章 Nd~(3+)掺杂ZnO薄膜的结果浅析53-60

    4.1 Nd~(3+)掺杂不同浓度对薄膜性能的影响53-54

    4.1.1 Nd~(3+)掺杂浓度不同时的XRD浅析53-54

    4.1.2 Nd~(3+)掺杂浓度不同时的紫外浅析54

    4.2 不同热处理温度对Nd~(3+)掺杂ZnO薄膜性能的影响54-57

    4.2.1 不同热处理温度时ZnO:Nd薄膜SEM浅析54-55

    4.2.2 不同热处理温度时ZnO:Nd薄膜的紫外浅析55-56

    4.2.3 不同热处理温度时ZnO:Nd薄膜的方块电阻56-57

    4.3 Nd~(3+)掺杂ZnO薄膜与Y~(3+)掺杂ZnO薄膜的比较57-58

    4.3.1 Y~(3+)和Nd~(3+)掺杂ZnO薄膜方块电阻的比较57-58

    4.3.2 Y~(3+)和Nd~(3+)掺杂ZnO薄膜透光率的比较58

    4.4 稀土元素掺杂ZnO薄膜与AZO薄膜的比较58

    4.5 小结58-60

    第五章 结论60-62

    5.1 结论60-61

    5.2 实验中有着的不足以及今后的探讨方向61-62

    致谢62-64

copyright 2003-2024 Copyright©2020 Powered by 网络信息技术有限公司 备案号: 粤2017400971号