铬掺杂氧化锌薄膜的超声喷雾法制备及其光学与磁学性质

摘要：

用注射超声喷雾法将前驱体由针管直接送入超声喷头内,在石英基板上制备 Zn1-xCrxO(x=0.0,0.01,0.03,0.05)薄膜。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪、紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计(VSM)等对薄膜的结构、光学和磁学性质进行测量。实验结果表明,未掺杂的 ZnO 薄膜为六角纤锌矿结构,沿着c轴(002)择优取向,而Cr掺杂抑制了薄膜的 c轴择优取向性；掺杂后的薄膜平均晶粒尺寸均增大,且当x=3%时,晶粒尺寸最大,达31.4 nm。扫描电镜(SEM)下薄膜呈球形颗粒状,并且在x=5%下,薄膜出现了长条状的微观形貌。Cr掺杂使样品的光致发光谱(PL)发生了很大的变化：未掺杂的样品的PL谱在378 nm处存在一个紫外发射峰,对应于550 nm附近还存在一个由于缺陷态引起的绿光发射峰；掺Cr样品只有在350~550 nm的很宽的范围内存在一个发射峰,对其进行高斯拟合后,发现掺 Cr 量为x=1%,3%,5%下样品均存在VZn (锌空位)、Zni (Zn间隙位)、V-Zn (带一个电子的锌空位)内部缺陷态,且当x=3%时,VZn最多。Cr的掺杂使得薄膜的带隙增大,并且x=3%时,禁带宽度最大,达到3.374 eV。掺 Cr的三个样品均具有室温铁磁性,且x=3%样品的磁化强度最大,其与VZn (锌空位)最大相对应,验证了Cr3+和VZn的缺陷复合体是ZnO∶Cr样品具有稳定的铁磁有序的最有利条件的理论预测。

关键词：超声喷雾法、Cr掺杂ZnO薄膜、光学性能、磁学性质

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分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家重点基础研究发展计划973项目2011CBA00200;国家自然科学基金项目61574037,11004039;福建省重大专项项目2013HZ0003;教育厅B类项目JB14028

在线出版日期：2016-06-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：1328-1333