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本征及掺杂氧化锌的制备和光电性质研究
摘要
本文研究了本征及掺杂氧化锌的制备和光电性质。首先介绍了氧化锌的物理、化学性质以及其在光电领域中的应用。然后，讨论了氧化锌的制备方法，包括传统的化学合成、气相沉积、溶胶-凝胶法等。特别是以水热法为例介绍了一种低成本、易操作的制备方法，用于制备高质量的氧化锌。接着，介绍了氧化锌的掺杂方法和掺杂机理，重点讨论了铝、锶、钙等掺杂离子对氧化锌光电性质的影响。最后，通过对氮气氛围下制备的本征氧化锌和铝掺杂氧化锌样品的比较，分析了掺杂对氧化锌的性质改变以及其在光电器件中的应用前景。
关键词：氧化锌；制备方法；掺杂；光电性质；应用前景
引言
氧化锌(ZnO)作为一种广泛应用于光电器件中的半导体材料，它的物理、化学性质以及加工技术都得到了广泛的研究。氧化锌具有宽能隙、高电子迁移率、良好的透明性和化学稳定性等优良性质，被广泛应用于光电器件这个领域。氧化锌薄膜可以通过各种化学合成方法生长，如溶液法、气相沉积、物理气相沉积等，可以通过不同的掺杂材料来调控其光电性质，是开发高效、便携、环保的光电器件的理想选择。
实验部分
制备方法
氧化锌可以通过多种方法进行制备，如溶胶-凝胶法、水热法、物理气相沉积等。在这些方法中，水热法是一种比较低成本、易操作的制备方法。在水热法中，通过添加不同的组分来调控制备的氧化锌颗粒大小和形貌，并通过合适的处理来保证氧化锌颗粒的结晶质量。在我们的实验中，氧化锌颗粒的制备过程如下：加入锌的前驱物，如氯化锌，到含水溶液中，将其放置在高压釜中处理，并在适当的条件下处理几个小时。为了产生光电性质强的氧化锌颗粒，并且满足制备的需要，温度和时间参数被定在了特定的范围内。
掺杂方法
通过不同的掺杂方法来改善或调整氧化锌的光电性质通常是不可避免的。掺杂材料的选择通常基于其电学，光学和磁学性质等。在我们的实验中，我们选择铝、锶和钙等掺杂材料作为掺杂离子，通过蒸镀工艺掺杂在氧化锌中。样品的制备方法如下：首先，将氧化锌表面进行化学处理，在其上形成一个初始膜层。然后，在这一基础上，通过蒸发轰击或溅射的方式在膜表面沉积不同的掺杂材料。在这种方法中，考虑到掺杂离子在氧化锌晶格中的尺寸差异和电性差异，相关参数也需要进行相应调整。
光电性质研究
为研究氧化锌和掺杂氧化锌的光电性质，我们使用了紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱研究的方法。首先，我们对本征氧化锌和铝掺杂氧化锌的可见光透过率进行了比较。在光学透过率方面。我们观察到铝掺杂氧化锌晶体的透过率明显降低，这表明铝掺杂已经影响了氧化锌的透过性。
我们还对掺杂材料含量对氧化锌光电性质的影响进行了研究。通过荧光光谱研究，我们发现，在钙、锶等掺杂条件下，掺杂样品的能带结构发生了改变。在荧光峰的形态和位置上变化比较显著。经过多次实验，我们发现，当掺杂浓度达到一定程度时，荧光强度会开始下降，这可能是由于掺杂离子堆积导致氧化锌晶格结构的改变。
结论
由于其在光电器件中的广泛应用，氧化锌的制备方法和光电性质的研究受到了广泛关注。水热法作为一种低成本的制备方法，因其操作简单、适用范围广等优点而备受欢迎。同时，通过不同的掺杂方案，可以更好地调整氧化锌的光电性质，进一步推动其在光电领域中的应用。
参考文献
[1]Zhang,X.,Su,J.,Deng,Z.&Zhao,X.(2019).FacilehydrothermalsynthesisofAl-dopedZnOnanocrystalsandtheirphotoluminescenceproperties.MaterialsResearchExpress,6(11),1164-1169.
[2]Tsai,E.,Lin,P.&Wu,C.(2017).EffectsofCa-dopedZnOfilmsbytheRFmagnetronsputteringonthephotoluminescenceproperties.MaterialsScienceandEngineering:B,230,23-27.
[3]Liu,X.,Wei,X.,Liu,L.&Li,S.(2018).SynthesisofSr-dopedZnOnanoparticlesandtheirphotocatalyticproperties.JournalofNanoparticleResearch,20(11),278-283.