氧空位对钴掺杂氧化锌半导体磁性能的影响

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Co掺杂ZnO的快中子辐射损伤研究.

第33卷第7期核技术 Vol. 33, No.7 2010年7月 NUCLEAR TECHNIQUES July 2010Co掺杂ZnO的快中子辐射损伤研究王云波李公平李天晶高行新（兰州大学核科学与技术学院兰州 730000）摘要用中子发生器上D-D反应的2.5 MeV中子辐照Co掺杂ZnO和对照样品纯ZnO单晶。

室温下测量了样品的X射线衍射谱、光致发光谱和透射光谱。

结果表明，快中子辐照后的纯ZnO单晶中引入了氧空位(VO)和氧错位(OZn)缺陷，且有少量的锌填隙(Zni)和氧填隙(Oi)缺陷。

Co掺杂ZnO中存在的Co以及钴氧化物纳米团簇由于快中子轰击而分解消失。

快中子与替代Zn2+的Co2+的碰撞导致大量的Co2+离开ZnO晶格点位，导致中子辐照后的所有样品依然呈纤锌矿结构并沿c轴高度择Co掺杂ZnO中引入钴填隙杂质和锌空位(VZn)缺陷。

优取向。

表明纯ZnO和掺Co氧化锌半导体材料具有良好的抗辐照性能，在空间器件方面具有应用潜力，且有助于在ZnO点缺陷方面的研究。

关键词 ZnO单晶，Co掺杂的ZnO，快中子辐照，缺陷中图分类号 O483ZnO属II-VI族宽禁带直带隙化合物半导体，熔点1975℃，块体单晶在室温下禁带宽度为3.3 eV [1]，激子束缚能为60 MeV(远大于室温热离化能26 MeV)，热稳定晶体结构为六角晶系纤锌矿结构，晶格常数为a0=0.32495 nm，c0=0.52069 nm。

作为本征n型半导体材料，ZnO是近年来的研究热点，其在大气中不容易被氧化，具有高的热稳定性和化学稳定性，并具有优异的光学、电学及其它物理性能，能广泛应用于短波长发光器件、压敏电阻器、透明大功率电子器件、表面声波器件、压电转换器、气敏传感器以及太阳能电池窗口材料等领域，是实现室温铁磁性稀磁半导体(DMS)的重要候选材料[2–3]。

ZnO晶体具有优于GaN、Si、GaAs和CdS等可应用于高辐射的太半导体材料的抗辐射性能[4–6]，空环境。

钴掺杂对氧化锌纳米阵列形貌的影响

钴掺杂对氧化锌纳米阵列形貌的影响吴秋芳;姚凤兰;赵盼;陈书雅;张春梅【摘要】ZnO nanofilms were successfully synthesized on glass substrates coated by the ZnO seeding via a chemical method, and the effect of Co2+ concentration on the structure and morphology of ZnO films was investigated. The results indicated that both the structure and morphology of the ZnO films evolved with the concentration of cobalt ions in the solution. The ZnO nanorod was wurtzite structure, which was hexagonal in shape. The nanorods grew vertically on the substrate. With the increase of Co2+ concentration, the morphology of ZnO film changed from nanorodto nanosheet.%以六水合硝酸锌、四水合醋酸钴和六次亚甲基四胺为原料，采用化学沉淀法在预涂有氧化锌晶种的玻璃衬底上制备了氧化锌纳米薄膜，研究了钴掺杂浓度对氧化锌薄膜形貌和结构的影响。

结果表明，在没有钴掺杂的情况下，合成的氧化锌薄膜为高度有序的棒状阵列，氧化锌纳米棒为六方纤锌矿结构，并具有沿(002)晶面择优生长的特性。

随着钴掺杂浓度的增加，氧化锌的结构没有发生变化，但形貌从棒状变成片状，形成了片状氧化锌薄膜。

【期刊名称】《北京印刷学院学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P76-78)【关键词】氧化锌纳米阵列;钴掺杂;形貌【作者】吴秋芳;姚凤兰;赵盼;陈书雅;张春梅【作者单位】北京印刷学院 102600;北京印刷学院 102600;北京印刷学院 102600;北京印刷学院 102600;北京印刷学院 102600【正文语种】中文【中图分类】TG146氧化锌是一种直接带隙半导体材料，在室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。

氧空位对Fe掺杂ZnO的铁磁性的影响

果表明所有样品都具有纤锌矿结构，ｃ轴择优取向．且ｘ射线光电子能谱显示薄膜中的Ｆｅ离子为＋２价态．力显磁微镜结果表明薄膜具有明显的磁畴花样．性测量表明所有在真空下退火的样品都具有室温铁磁性而空气下退火磁
样品具有顺磁性．薄膜中的铁磁性与氧空位有关．
第２第１４卷２期２０ｏ８年１２月
商丘师范学院学报ＪＵＮＬＯＨＮＱＵＴＡＨＥＳＣＬＥＥ０ＲＡＦＳＡＧＩＥＣＲ０ＬＧ
Ｖ０．４１２Ｎｏ１．２
Ｄｅ．ｃ
２８００
氧空位对Ｆｅ掺杂Ｚｏ的铁磁性的影响ｎ
ｆⅡｏａｎｔｓｉｅａｅｏｏｙｅａａｉｓｉｈｓｉｍｓｅｍｇｅｉｍｓｒｌｔｄｔｘｇｎｖｃｎｃｅｎｔｅｅｆｌ
ＫｅｙｗＯｒ：ｄｓＤＭＳ；ＺｎｒＯ；ｍｍａｎｔｍ；ｏｙｅａａｃｇｅｉｓｘｇｎｖｃｎｙ
关键词：磁半导体；ｎ铁磁性；空位稀ｚ０；氧
中图分类号：４９０６
文献识码：Ａ
文章编号：６２— ６０２０）２—０Ｏ０１７３０（０８１０１— ６
ｈＩｅｅＯｙｅＶａａｎｙＯｈｅｒｍａｎｅｉｍｎＯｐｄＺｎｏｍｓｎｕｎｃｆｏｘｇｎｃｃｎｔｅｆｒＯｇｔｓｉＦｅｄｅｍＨＯＵｎ —ｕ，ＤｅｇｌＺＨＡ０ｉｈｎＲｕ＿ｉ

氧空位对钴掺杂氧化锌稀磁半导体电子结构的影响

局域的．
向生成．组态４优化后Ｖｏ与ｃｏ的距离最近，ｏＣ
原子向Ｖ处移动了０１５Ａ，０．７这样Ｖ０使Ｃ０原子
的自旋劈裂更大．组态４的总态密度（３上从图）
看，费米能级附近自旋向下的态密度部分占据在费米能级，自旋向上为空态，有占据，以费而没所
在可见光波段是透明的，具有压电、电等效且光
了ｃ掺杂ＺＯ的铁磁性，ｏｎ但铁磁来源尚未清楚．
本文通过计算Ｃｏ掺杂ＺＯ的能带结构及态ｎ
应』具有低介电常数、光电耦合系数、化学，大高
密度，释其磁性原理．ｃ掺杂体系初始结构进解对ｏ
现在不同位置时体系总能进行计算，证实氧空位更容易在ｃｏ原子附近生成．电子结构计算表明ｃ一ｄ自ｏ３旋电子在费米能级附近产生了自旋极化现象，提供局域磁矩；通过研究两个ｃｏ原子掺杂ＺＯ体系的电子ｎ结构，证实铁磁性的产生是两个ｃｏ原子耦合的结果，氧原子起到了一定的调制作用．
使其在高密度非易失性存储器、磁感应器、隔离光器、导体集成电路、导体激光器和自旋量子计半半
算机等领域有广泛的应用前景，已经成为当今材
料研究领域中的热点ｊ．目前人们己经在实验室
晶格取代ｚ的格点位置，易于掺杂．ｅａｎ更Ｕｄ最先报道了ｚｏｎ一Ｃ０的室温铁磁性．ｅＨ等Ｌｅ人用ｓｌｅ法制备的ｚＣ０在＝０２ｏｇｌ — ｎｏ．５时

钴离子掺杂对纳米ZnO结构和性能的影响

钴离子掺杂对纳米ZnO结构和性能的影响韩维业;赵天晨;马瑞廷【摘要】以乙二醇为溶剂,采用回流法合成CoxZn1-xO(x=0,0.03,0.06和0.09)纳米粉体.研究Co2+离子的含量对纳米ZnO粉体的晶粒尺寸和晶格常数的影响,考察CoxZn1-xO纳米粉体的光催化性能.结果表明,随着Co2+离子的掺杂量增加,纳米ZnO的晶粒尺寸变小,而晶格常数增大;当催化时间为50min,Co2+离子的掺杂量为0.09时,Co0.09 Zn0.91 O纳米粉体对甲基橙染料的最大降解率达到92％.%The CoxZn1-xO (x=0,0. 03,0. 06 and 0. 09)nanopowders were synthesized by refluxing method using ethylene glycol as a solvent. The effect of the Co2+ ions doped on the crystalline size and lattice parameters for the ZnO nanopowders were studied. The photo-catalytic properties and antibaerial activities of the CoxZn1-xO nanopowders were also inves-tigated. With the increase of the Co2+ ions concentration,the crystallite size of the synthe-sized samples decreased and the lattice parameters of the synthesized samples increased,re-spectively. When the Co2+ ions doped concentration is about 0. 09,a maximum degradation rate for the Co0. 09 Zn0. 91 O nanopowders is about 92％ at 50 minute.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】5页(P10-13,19)【关键词】氧化锌;掺杂;表征;光催化性能【作者】韩维业;赵天晨;马瑞廷【作者单位】沈阳理工大学理学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】O614纳米氧化锌具有较大的比表面积、良好的热稳定性和持久性，室温下其直接带隙宽达3.27eV，与人体具有很好的相容性，因此，纳米氧化锌的光催化性能[1-4]和抗菌性能[5-6]备受研究者关注。

castep 引入氧空位 -回复

castep 引入氧空位-回复创建氧空位（vacancy）是固体材料中的一种普遍现象。

通过引入氧空位，我们可以探索材料的结构和性质，从而为材料科学和工程提供新的可能性。

本文将详细介绍如何使用CASTEP软件引入氧空位，并讨论其对材料性质的影响。

首先，让我们了解一下什么是氧空位。

氧空位是晶体中氧原子在其本来位置上的缺失。

这种缺陷的存在可以导致材料的结构和性质发生变化。

例如，在晶体中引入氧空位可能会导致晶格畸变、电子结构的变化以及导电性的改变。

因此，研究氧空位对材料的影响对于我们理解材料性质以及设计新材料具有重要意义。

CASTEP是一种基于第一性原理的材料模拟软件，它可以用于研究材料的结构、能带、电子密度和晶格振动等性质。

以下是使用CASTEP引入氧空位的一般步骤：步骤1：准备初始晶体结构在开始之前，我们需要准备一个初始的晶体结构。

这可以通过实验方法（如X射线晶体学）或计算方法（如密度泛函理论）获得。

CASTEP支持多种晶体结构格式，如CIF、PDB以及CASTEP自己的格式。

确保你有一个准确无误的晶体结构文件，并记下其中包含的氧原子数目。

步骤2：引入氧空位在CASTEP中，可以使用文本编辑器打开晶体结构文件，找到你要引入空位的位置，并将对应原子的类型更改为“Vacancy”。

在我们的情况下，将氧原子更改为氧空位。

保存文件，并确保结构信息被正确清空。

步骤3：设置计算参数在CASTEP的输入文件中，需要设置一些计算参数，以控制计算的准确性和效率。

其中一些参数包括使用的泛函、截断能、k点网格密度、自洽迭代的收敛准则等等。

这些参数需要根据具体的研究目的和计算资源进行调整，以获得准确而高效的计算结果。

步骤4：运行计算通过命令行界面或图形用户界面，将CASTEP软件与计算资源连接起来，并提交计算作业。

根据计算资源的不同，计算时间可能会有所不同，但通常需要一定的计算时间才能获得可靠的结果。

我们可以通过CASTEP的输出文件来监控计算进展，并检查计算的收敛性。

间隙掺杂中掺Au浓度对ZnO物理特性的影响

间隙掺杂中掺Au浓度对ZnO物理特性的影响1. 引言1.1 背景介绍氧化锌（ZnO）作为一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。

它具有优良的光电性能和化学稳定性，被广泛应用于透明导电膜、传感器、光电器件等领域。

然而，ZnO材料在某些方面仍存在着一些问题，如它在光电器件中的响应速度较慢、缺乏可调控性等。

为了改善ZnO材料的性能，人们常常通过掺杂来调节其物理和化学性质。

金（Au）作为一种优秀的掺杂元素，具有很高的电导率和化学稳定性，可以有效地改善半导体材料的性能。

因此，通过在ZnO材料中掺入金元素，可以有效地改善ZnO的光电性能，并且可以调控ZnO的各种物理特性。

然而，目前对于Au掺杂对ZnO性能的影响以及不同浓度的Au掺杂对ZnO物理特性的影响还存在较少的研究。

因此，深入研究Au掺杂对ZnO物理特性的影响，对于拓展ZnO材料的应用领域具有重要的意义。

1.2 研究目的研究目的是探究掺杂Au浓度对ZnO物理特性的影响规律，深入解析Au掺杂在ZnO中的作用机制，为实现定向调控ZnO材料的性能提供理论依据。

通过系统研究不同浓度的Au掺杂对ZnO的影响，揭示掺杂浓度与材料性能之间的关联，为优化ZnO材料的性能及应用提供科学依据和理论支持。

旨在为材料科学领域提供新思路和方法，推动ZnO材料在光电、光催化等领域的应用拓展，进一步提高材料的性能和稳定性，推动材料科学研究领域的发展和进步。

通过本次研究，预计可以为相关领域的研究和应用提供新的理论基础和实验依据，为相关产业的发展提供技术支撑和理论指导。

1.3 意义在材料科学领域，氧化锌（ZnO）是一种广泛应用的半导体材料，具有优良的物理和化学性质。

掺杂是改变材料性质和优化其应用的有效方法之一。

金（Au）是一种重要的掺杂元素，掺杂Au可以显著影响ZnO的物理特性。

研究掺杂中掺Au浓度对ZnO物理特性的影响具有重要的意义。

通过深入研究掺杂对ZnO性能的影响，可以为开发新型光电器件提供理论依据和实验基础。

掺杂其他元素后氧空缺率

掺杂其他元素后氧空缺率1.引言【1.1 概述】概述部分将向读者介绍本文的主题和研究背景，以及掺杂其他元素后氧空缺率的重要性。

下面是对于概述部分的一篇参考内容：在固体材料科学领域，研究人员一直致力于提高材料的性能和功能。

氧空缺率是一个重要的研究领域，因为它直接影响到材料的电子结构、导电性、磁性等关键性质。

通过掺杂其他元素，我们可以有效地改变材料中的氧空缺率，从而调控材料的性能。

随着对氧空缺率的深入研究，控制和调节氧缺陷在材料中的浓度和分布已成为一种非常有效的方法。

通过掺杂其他元素，可以增加或减少氧空缺的数量，从而改变材料的电学、磁学和光学特性。

这使得我们能够针对具体的应用需求对材料进行定制，从而优化其性能。

本文将重点讨论掺杂其他元素后氧空缺率的影响和相应的调控方法。

在掺杂其他元素的背景下，我们将探讨氧空缺率对材料性能的影响，并介绍掺杂浓度的控制和合适元素选择的方法。

通过深入了解和研究这些内容，我们可以更好地理解和开发掺杂调控材料氧空缺率的潜力，为未来的研究和应用提供指导。

总之，本文的目的是通过对掺杂其他元素后氧空缺率的研究，探讨其对材料性能的影响，并为材料的定制提供方法和思路。

这将为材料科学领域的发展和应用提供新的思路和方法。

在接下来的篇章中，我们将详细介绍掺杂其他元素的作用，以及掺杂方法和调控策略。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将通过以下几个部分来探讨掺杂其他元素后的氧空缺率及其对材料性能的影响。

第一部分是引言部分，主要对本文的主题进行概述，介绍掺杂其他元素后的氧空缺率的背景和研究意义。

随后，将给出文章的整体结构，以便读者对接下来的内容有一个清晰的了解。

接下来的正文部分将重点分析掺杂其他元素的作用和方法。

在第二节中，我们将探讨掺杂其他元素如何提高氧空缺率，以及这种提高对材料性能的影响。

具体来说，我们将介绍一些常见的掺杂元素，并探讨它们与氧空缺率之间的关系。

同时，我们还将分析不同掺杂浓度对氧空缺率的影响，以及如何控制掺杂浓度来达到预期的氧空缺率。

Co掺杂ZnO基稀磁半导体材料磁性研究进展

度附近出现了一个峰，没有发现该峰与纳米材料的量
子效应的相关性，推测这种磁学行为与载流子的作用
２００６年，Ｚｈａｎｇ等利用脉冲激光沉积法在Ｓｉ（００１）
衬底上沉积室温铁磁ＺｎＯ：Ｃｏ薄膜。饱和磁化强度为１．０４ＩｘＢ／Ｃｏ，矫顽力为２５０ｅ。结果显示没有形成钻纳
２００８年，Ｙａｎｇ等【８＿利用等离子辅助分子束外延方法在Ｒ一切割蓝宝石衬底上沉积ｃｏ掺杂ＺｎＯ薄膜。透射
电镜和ｘ一射线衍射结果显示ＺｎＯ：Ｃｏ薄膜内没有二次
相的出现。当载流子浓度超过１０。ｃｍ－。，磁性随着载流子浓度增加而增强，暗示载流子调制磁性的机制。
Ｃｏ掺杂ＺｎＯ基稀磁半导体材料磁性研究进展
李彤，介琼，张宇，王雅欣，倪晓昌
３００２２２）
（天津职业技术师范大学电子工程学院，天津
摘
要：ＺｎＯ基稀磁半导体是目前研究的热门课题，其中关于ｃｏ掺杂ＺｎＯ的磁性研究有很多报道。本文对不同方
２００８年，吴文清等㈣利用脉冲激光气相沉积法制备了具有室温铁磁性的ｚｎＣｏＯ（＝０．０１，０．０２）。结果表明：ｃｏ离子全部进入ＺｎＯ晶格中替代了部分ｚｎ的

《富氧空位V2O3材料的简易构筑及其储锌性能研究》范文

《富氧空位V2O3材料的简易构筑及其储锌性能研究》篇一一、引言随着能源需求的日益增长和环境保护的迫切需求，新型能源存储材料的研究成为了科研领域的热点。

其中，富氧空位材料因其独特的电子结构和优异的电化学性能，在锂离子电池、钠离子电池和锌离子电池等领域都表现出了巨大的应用潜力。

本文以V2O3材料为研究对象，探究其富氧空位的简易构筑方法及其在储锌性能方面的应用。

二、V2O3材料与富氧空位V2O3是一种具有优异电化学性能的过渡金属氧化物，其晶体结构中存在大量的氧空位。

富氧空位的存在可以改变材料的电子结构和电化学性能，从而提高其在能源存储领域的应用潜力。

本文通过简易的构筑方法，成功在V2O3材料中引入了大量的富氧空位。

三、富氧空位V2O3材料的简易构筑本文采用一种简单的水热法，通过调控反应条件，成功在V2O3材料中引入了大量的富氧空位。

具体步骤如下：首先，将适量的钒源和氧化剂溶解在溶剂中，然后加入一定量的表面活性剂，以控制产物的形貌。

接着，将混合溶液转移至反应釜中，在一定温度下进行水热反应。

反应结束后，将产物进行洗涤、干燥，即可得到富氧空位V2O3材料。

四、储锌性能研究为了研究富氧空位V2O3材料的储锌性能，我们进行了以下实验：首先，将富氧空位V2O3材料与锌离子电池电解质进行配比，制备成电极。

然后，将电极组装成扣式电池，进行电化学性能测试。

测试结果表明，富氧空位V2O3材料具有优异的储锌性能，其放电容量、循环稳定性和倍率性能均优于未引入富氧空位的V2O3材料。

这表明富氧空位的引入可以有效提高V2O3材料的电化学性能。

五、结论本文通过简易的水热法成功在V2O3材料中引入了大量的富氧空位，并研究了其储锌性能。

实验结果表明，富氧空位的引入可以有效提高V2O3材料的电化学性能，其放电容量、循环稳定性和倍率性能均得到显著提升。

因此，富氧空位V2O3材料在锌离子电池等领域具有广阔的应用前景。

六、展望未来，我们将进一步研究富氧空位V2O3材料的构筑方法及其在能源存储领域的其他应用。

氧化锌半导体材料的掺杂技术

氧化锌半导体材料掺杂技术与应用氧化锌稀磁半导体的磁性来源及机理现已有不少关于制备得到室温ZnO稀磁半导体的报道，但对于磁性来源和机理等问题仍然存在较大争议。

目前，关于磁性的来源已经有多种理论，但至今尚未有一种理论能够解释所有的现象，其中比较流行的是载流子中介交换理论和建立在材料缺陷基础上的BMP （Bound Magnetic Polaron）理论。

一、磁性团簇模型有的研究者认为，磁信号的来源可能有磁性杂质的混入，是测量时的人为因素及第二相的形成所导致的。

二、载流子交换理论1、RKKY交换所用：该理论认为,磁性离子和导带上的电子进行交换耦合作用，导带电子被极化，其自旋极化随着与磁性离子的距离以震荡方式衰减。

这种震荡，导致了两个磁性离子间的间接超交换（RKKY）作用，可以是自旋平行的（铁磁态），也可以是自旋反平行（反铁磁态），由两个磁性交换离子的具体情况而定。

该理论对于局域束缚载流子的情况不太适用。

2、Zener载流子间接交换作用，该理论认为，载流子能作为局域磁矩之间以及局域磁矩和自由电子的作用媒介参与交换，价带中的自旋轨道耦合决定了居里温度的量级和P型DMS的易极化轴的取向3、Zener双交换作用，不同价态下的相邻铁磁性离子通过氧原子进行间接交换耦合作用，由于平行排列的磁矩可以让电子从低能态离子转移到高能态离子，故磁矩平行排列，有利于体系能量降低。

三、BMP理论完整单晶结构的过渡金属掺杂的ZnO薄膜几乎不显示磁性，说明结构缺陷与磁性有一定关系。

有些研究者认为，O空位(V o)和Zn间隙（Zni）与室温铁磁性有着重要关系。

束缚磁激子是在较低束缚载流子浓度下，由一定范围内的一些过渡金属离子排布成的自旋阵列。

由局域化的空穴对周围过渡金属原子起作用，使得所有自旋同时同向产生一个有效的磁场，从而产生铁磁效应。

氧化锌稀磁半导体掺杂体系按照掺杂元素的不同，ZnO基DMS可以分为几种体系：Mn掺杂体系、Co掺杂体系以及其他过渡金属掺杂体系（如Sc、Ti、V、Cr、Fe、Ni、Cu等）。

氧气分压和衬底温度对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的影响

摘要：通过直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了一系列铝掺杂氧化锌透明导电薄膜，研究了氧气分压和衬底温度对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的结构和光电性能的影响。Ｘ－射线衍射研究表明铝掺杂氧化锌薄膜是沿ｃ－轴方向堆积的具有六方结构的多晶薄膜，实验获得的最佳沉积衬底温度和氧分压分别为４００℃和５∶１００（Ｏ２／Ａｒ），在该条件下制备的铝掺杂氧化锌薄膜具有较低的表面电阻（＜８０ Ω／ｓｑ）和较高的平均透过率（＞８０％）。关键词：铝掺杂氧化锌薄膜；磁控溅射；氧分压；沉积温度；透明导电薄膜中图分类号：ＴＱ１３２．４１文献标识码：Ａ文章编号：１００８－７９２３（２０１８）０１－００３９－０６
① 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．２１７６１０１２）作者简介：彭光怀，江西理工大学治金与化学工程学院。
Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１Leabharlann ３９Ｆｅｂ．２０１８
电池工业彭光怀，等：氧气分压和衬底温度对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的影响ＣｈｉｎｅｓｅＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ
电池工业第２２卷第１期ＣｈｉｎｅｓｅＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ２０１８年２月
氧气分压和衬底温度对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的影响①
彭光怀，李金琼，温和瑞，廖金生，洪瑞金
（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州３４１０００）
ｌｉｍｉｔｅｄｄｕｅｔｏｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｉｎｄｉｕｍｉｓａｒａｒｅａｎｄｅｘ－ｐｅｎｓｉｖｅ，ｂｕｔａｌｓｏｔｏｘｉｃｅｌｅｍｅｎｔ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＩＴＯ，ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓｎｏｎｔｏｘｉｃ，ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅａｎｄａｂｕｎｄａｎｔ，ｓｏｉｔｈａｓｂｅｅｎａｃｔｉｖｅｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｓａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｔｏＩＴＯ［４－５］．ＧｒｏｕｐＩＩＩＡｅｌｅｍｅｎｔｓｓｕｃｈａｓＡｌ，Ｉｎ，ＧａａｎｄＢｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｎ－ｔｙｐｅｄｏｐａｎｔｓｆｏｒＺｎＯ［６－７］．Ａｍｏｎｇｔｈｅｓｅｅｌ－ｅｍｅｎｔｓ，Ａｌｉｓａｂｌｅｔｏｌｏｗｅｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ

掺杂元素对氧空位形成的影响

该过程涉及到氧空位的形成，因此，提高材料的氧空位形成能力对
其催化性能的影响有非常重要的作用。研究表明，掺杂对提升氧空位形成能力有非常显著的作用。
1. Cu掺杂的影响
在Cu掺杂的CeO2中，一个Ce原子被一个Cu原子取代。起初Cu原子位于Ce原子周围的8个氧原子中心，随后Cu原子的位置发生移动，Cu以4配位的形式形成一个近平面结构，与CuO中的情况类似，如图1所示：
图所示，计算所得第二个氧空位
形成能Evac为2.39ev，同样小于未掺杂时的值（3.28ev）。
由此，我们可以把Cu掺杂看做氧空位形成的引发剂。
图Байду номын сангаас （C）
计算表明，在（NNN）位引入一个氧空位后，CeO1.97和Ce0.97Cu0.03O1.97弛豫，分别可产生1.40ev和2.79ev的能量，由此可知，Cu掺杂体系与未掺杂体系相比，由于弛豫作用可多产生1.39ev能量，这是由Cu离子半径比Ce半径小引起的。而另外所需的1.59ev（3.28ev-0.30ev-1.39ev所得）则是出自于Cu掺杂所引起的电
的总能量，E（O2）为气相基态氧分子的总能量。 Evac值为正时，表示氧空位的形成需要克服一定的能量。
当在Cu的（NN）位引入一个氧空位时，如左图所示，计算所得Evac值为0.98ev，而未
掺杂时这个值为3.28ev，如下
表1所示。此时Cu与三个氧原子配位，氧空位周围的三个 Ce离子都是以四价形式存在（未掺杂时氧空位周围的四个Ce离子有两个是以三价存
图3. 掺杂后CeO2（111）面（a）Pd掺杂；（b）Ni掺杂
图4. 掺杂后CeO2（110）面（a）Pd掺杂；（b）Ni掺杂
在（111）面，Pd取代Ce原子位置，接着结构发生弛豫，Pd与

ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理

ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理一、本文概述氧化锌（ZnO）作为一种宽禁带直接带隙半导体材料，因其独特的物理和化学性质，在发光二极管、太阳能电池、透明导电薄膜、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。

然而，ZnO中本征缺陷和掺杂的存在对其性能产生了显著影响。

因此，深入研究ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理，对于优化ZnO基器件的性能和推动相关领域的科技进步具有重要意义。

本文旨在全面综述ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理。

我们将介绍ZnO的基本性质和制备方法，为后续研究奠定基础。

接着，我们将详细分析ZnO中的本征缺陷类型及其对发光性能的影响，包括氧空位、锌空位、锌间隙原子等。

在此基础上，我们将进一步探讨掺杂元素对ZnO发光性能的影响，包括掺杂类型、掺杂浓度等因素。

我们将总结ZnO中本征缺陷和掺杂的作用机理，并提出未来研究方向和潜在应用。

通过本文的综述，我们期望能够为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，推动ZnO基器件的性能优化和科技进步。

二、ZnO的本征缺陷与发光ZnO作为一种宽禁带半导体材料，其本征缺陷在发光性质中起着至关重要的作用。

ZnO的本征缺陷主要包括锌间隙原子(Zn_i)、氧空位(V_O)、锌空位(V_Zn)以及反位缺陷(O_Zn和Zn_O)等。

这些缺陷的存在不仅影响了ZnO的电子结构，还在很大程度上决定了其发光性质。

锌间隙原子(Zn_i)和氧空位(V_O)作为施主型缺陷，它们可以在ZnO的导带中引入额外的电子，从而改变其电子浓度和费米能级位置。

这种电子浓度的变化会进一步影响ZnO的光致发光(PL)性质，导致可见光波段的发光增强。

锌空位(V_Zn)和反位缺陷(O_Zn和Zn_O)通常作为受主型缺陷存在，它们可以在价带中引入空穴。

这些空穴与导带中的电子复合时，会释放出能量，表现为发光现象。

特别是深能级缺陷，如锌空位和反位缺陷，它们的发光通常位于近红外或红外波段，对于ZnO在光电器件中的应用具有重要意义。

掺杂元素对氧空位形成的影响

图1.（a）Cu掺杂CeO2弛豫结构；（b）CuO弛豫结构
定义氧空位形成能Evac依如下所示计算：
其中，E（cell with one O vacancy）为具有一个氧空位时的总能量，E（cell with two O vacancies）为具有两个氧空位时的总能量，E（cell without an O vacancy）为无氧空位时的总能量，E（O2）为气相基态氧分子的总能量。 Evac值为正时，表示氧空位的形成需要克服一定的能量。
由此，我们可以把Cu掺杂看做氧空位形成的引发剂。
图2 （C）
计算表明，在（NNN）位引入一个氧空位后，CeO1.97和Ce0.97Cu0.03O1.97弛豫，分别可产生1.40ev和2.79ev的能量，由此可知，Cu掺杂体系与未掺杂体系相比，由于弛豫作用可多产生1.39ev能量，这是由Cu离子半径比Ce半径小引起的。
(2011) 169–172. [4]. Zhansheng Lu, Zongxian Yang, Bingling He, Christopher Castleton, Kersti Hermansson,
Chemical Physics Letters 510 (2011) 60–66 [5]. Paola Quaino, Olga Syzgantseva, Luca Siffert, Frederik Tielens, Christian Minot,
对于这样的解释，同样可用于上面Cu掺杂时的情况，（NNN）位形成氧空位不破坏Cu的近平面四配位结构，故而交易发生。
3.总结
由以上几个掺杂体系的例子我们知道，掺杂剂对体系氧空位形成能的影响通过以下几个方面来实现：化合价补偿；结构弛豫；掺杂原子在体系中的最优配位类型。

掺杂型金属氧化物半导体材料的研究进展

Vol.53 No.4Apr.,2021第53卷第4期2021年4月综述与专论无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYDoi:10.11962/1006-4990.2020-0274开放科学(资源服务)标志识码(OSID)掺杂型金属氧化物半导体材料的研究进展王永勤，黄扬泽袁付宇（南京林业大学材料科学与工程学院，江苏南京210037）摘要:金属氧化物是由金属阳离子和氧阴离子组成的一类离子型化合物，其金属正离子和氧负离子通过离子键合排布成各种不同的晶体结构而表现岀独特的物理性质遥然而，因其宽的能带间隙、低的光量子产率和光电转换效率、大的光生电子和空穴复合几率、低的气体响应速度、来自价带和导带消极的电子传递性能等缺陷限制了金属氧化物的应用潜力遥综述了几种典型的掺杂型金属氧化物氧化锌、二氧化钛、三氧化二铁和稀土氧化物的研究进展，分析了金属掺杂对这几种典型金属氧化物在光、电、磁、传感性能方面的影响，并介绍了它们潜在的应用领域及研究现状，提岀了未来的发展方向及需要关注的主题遥关键词:金属氧化物曰掺杂曰光电性能曰磁性能曰传感性能中图分类号:TN304.21 文献标识码：A 文章编号：1006-4990（2021）04-0001-07Research progress of doped metal oxide semiconductor materialsWang Yongqin , Huang Yangze 袁 Fu Yu(College ofMoi-e rials Sc ie n ce and Engine e r ing , Nanjing Fores try Unive rs ity , Nanjing 210037, China )Abstract : Metal oxides are a class of ionic compounds composed of metal cations and oxygen anions.The metal positive ions and oxygen negative ions are arranged into various crystal structures by ion bonding , showing unique physical properties.However ,metal oxides are limited in potential application by their wide band gaps ,low photon quantum yields andphotoelectric conversion efficiencies 袁 high probability of recombination of photo-generated electrons and holes 袁 low gasresponse speed and negative effects of valence band and conduction band on the electron transfer performance.The researchprogress of several typical doped metal oxides ,such as zinc oxide 袁titanium dioxide 袁iron oxide and rare earth oxides is reviewed.The effects of metal doping on the optical 袁 electrical 袁 magnetic and sensing properties of these typical metal oxides isanalyzed and their potential application fields and research status are introduced.The future development direction and topicsneeding attention are put forward.Key words : metal oxide 曰 doping 曰 photoelectric performance ； magnetic performance ； sensing performance金属氧化物被认为是目前最有前途的功能材料之一，是由金属阳离子和氧阴离子组成的离子化合物。

氧空位对钴掺杂氧化锌半导体磁性能的影响

［%］态的稳定性 . K9@* 等最早采用第一性原理计算了
压电和气敏等性 +,- 是一种具有优良的光电、预言，质的直接带隙化合物半导体材料，文献［’， %］ LJ 掺杂 +,- 稀磁半导体材料的 ! ) 可以达到室温以上，这为自旋电子器件的发展提供了光明的前景 . 已有很多研究小组开展了 )* 掺杂 +,- 体系的实验
［］氧空 RB:;:P: 等 "$ 在研究 )* 掺杂 W," -& 体系时指出，
位缺陷对体系的磁性有决定性的影响 . 因为 +,- 及其掺杂薄膜的缺陷与制备的气氛密切相关，不同气
［"!］氛下氧空位和锌间隙等很容易生成，因此我们认
，在高密度非易失性存储器、磁感应器、光隔离
器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景，已经成为材料领域的
第 0’ 卷第 5 期 "$$% 年 5 月（$5） !$$$7&"%$Z"$$%Z0’ Z
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氧空位提高氧化物半导体载流子浓度

氧空位指的是晶格中缺少氧原子而形成的空位，氧空位具有很高的迁移性和扩散性，因此在氧化物半导体中起着非常重要的作用。

氧化物半导体是一类具有特殊电子结构和优良电学性能的半导体材料，具有较高的绝缘体特性和较小的能隙，因此在光电器件、传感器等领域具有广泛的应用前景。

而氧空位的存在和浓度对氧化物半导体的电学性能具有重要影响。

一、氧空位的提高对氧化物半导体电学性能的影响氧空位的提高可以提高氧化物半导体的载流子浓度，从而提高材料的导电性能。

氧化物半导体是一种载流子浓度较低的半导体材料，通常需要通过掺杂或改变工艺条件来提高载流子浓度以满足特定的应用需求。

而通过提高氧空位的方法可以更加精确地调控载流子浓度，从而实现对材料电学性能的精确调控。

氧空位的提高还可以影响氧化物半导体的光电性能。

氧化物半导体通常具有较小的能隙，因此具有良好的光电响应特性，可以广泛应用于光电器件中。

而提高氧空位可以影响材料的光吸收和光散射性能，进而影响材料的光电性能。

通过调控氧空位的浓度可以实现对氧化物半导体光电性能的精确调控。

二、提高氧空位的方法提高氧空位的方法主要包括控制氧化过程和添加掺杂剂两种途径。

1.控制氧化过程氧化物半导体的氧化过程是控制氧空位浓度的关键环节。

通过合适的氧化工艺条件，可以实现对氧化物半导体的氧空位浓度进行精确的控制。

在氧化物半导体薄膜的制备过程中，可以通过调整氧化温度、氧化气氛和氧化时间等工艺条件，控制氧空位浓度的大小。

还可以通过后续的退火或离子注入等处理手段，进一步调控氧空位的浓度。

2.添加掺杂剂添加掺杂剂是另一种提高氧空位的有效途径。

掺杂剂可以引入额外的氧空位，并改变晶格结构和电学性能。

可以通过添加金属元素或其他掺杂剂，实现对氧空位的精确调控。

掺杂剂的种类和浓度可以对氧空位的形成和分布产生重要影响，因此可以通过控制掺杂剂的添加量和种类，实现对氧空位浓度的精确调控。

三、提高氧空位对具体应用的影响提高氧空位对具体应用的影响主要体现在光电器件和传感器等领域。

半导体β-Ga2O3中本征氧缺陷的转变能级的第一性原理计算

摘要近年来，半导体在不同条件下费米能级的确定，以及深能级缺陷对发光效率的影响等，都受到了研究人员的广泛关注。

本文中所使用的方法是以密度泛函理论为基础的第一性原理方法，采用Materials Studio 8.0中的CASTEP模块建立不同电荷的氧空位和氧间隙位的β-Ga2O3，对于不同的结构进行优化，在优化的基础上我们计算了每个结构的生成焓及形成能，并找到生成焓最低的结构，分析这些结构的晶格常数、体系总能量的变化趋势，以及形成能随费米能级的变化。

得出了三种氧空位对应的缺陷能级到价带顶之间的距离分别为VO(I) =3.31eV、VO(II)=2.70eV 和VO(III)=3，57eV。

以上距离均比1大，这种情况说明了VO均为深施主。

并由实验得出β-Ga2O3一号氧空位是深能级缺陷。

上述分析对于本实验中对影响半导体发光效率的因素进行研究探讨具有指导意义。

关键词：β-Ga2O3；第一性原理；形成能AbstractIn recent years, the determination of Fermi energy levels in semiconductors under different conditions and the effect of defects in deep energy levels on luminous efficiency have attracted extensive attention from ed in this article the method is based on density functional theory of the primary principle of method, using Materials Studio CASTEP module in the 8.0 to build different charge oxygen vacancy and interstitial oxygen beta Ga2O3, for different structure optimization, on the basis of optimized we calculated the formation enthalpy of each structure and formation energy, and find the lowest formation enthalpy structure, analyzing the structure of the lattice constant and the change trend of total energy system, and can form along with the change of Fermi level.The distances between the defect energy level corresponding to the three oxygen vacancies and the valence band top are VO(I) =3.31eV, VO(II)=2.70eV and VO(III)= 3,57 eV, respectively.The above distances are all larger than 1, which indicates that all vos are deep donors.And from the experiment, it is concluded that the oxygen vacancy of tanyi -Ga2O3 is a deep level defect.The above analysis is of guiding significance to the study of the factors affecting the efficiency of semiconductor luminescence in this experiment.Keywords: β-Ga2O3；First principle；formation energy目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2半导体材料的介绍 (2)1.3半导体的缺陷 (4)1.4本文主要研究内容 (7)第二章理论基础和计算方法 (9)2.1密度泛函理论 (9)2.1.1 Hohenberg_Kohn 定理 (9)2.1.2 Kohn_Sham方程 (10)2.1.3局域密度近似和广义梯度近似 (12)2.2 Material Studio (13)2.2.1 CASTEP模块 (13)第三章 (14)3.1 构建模型 (14)3.2 β-Ga2O3的结构优化及分析 (14)第四章结论与展望 (19)4.1结论 (19)4.2展望 (19)参考文献 (21)致谢 (24)第一章绪论1.1课题背景现如今社会正在飞速发展，由于半导体可以控制材料的导电性，所以在电子技术，特别是微电子技术领域的迅猛发展做出了突出贡献。

钴掺杂氧化锌纳米材料的制备_表征及可见光光催化性能研究

黄药溶液的吸光度, 波长为 100 W 的钨灯为模拟太
阳光源, 催化剂的浓度为 1 g/ L , 黄药的浓度为 10
mg/ L。首先将催化剂超声分散于黄药溶液中, 然后置
于钨灯下光照, 磁力搅拌一段时间后, 定时取悬浮液
5 mL , 在高速离心机中离心 5 min( 转速为 10 000
表 1 Zn, Co, O 的重量以及元素百分比
元素 O Co Zn
总量
重量百分比/ % 20 2 29 76 9 100 0
元素百分比/ % 50 7 20 47 3 100 0
2 2 光催化性能 Zn1- x Cox O 纳米材料在可见光照射下对黄药的
催化降解动力学曲线如图 5 所示( C0 表示黄药溶液的初始浓度, C 表示黄药溶液的残余浓度) 。由图 5 可知, Co2+ 掺杂之后的 ZnO 都表现出比纯 ZnO 要高的光催化活性, 这是因为钴离子的掺杂使其成为电
的光催化活性, 相同时间黄药的光催化降解率越大, 说明样品的光催化活性越高。
图 1 Zn1- x Co x O 纳米材料的 XRD 图
( a) x = 0; ( b) x = 0 025; ( c) x = 0 05; ( d) x = 0 075; ( e) x = 0 1
掺入到 Z nO 中, 禁带宽度 E g 边缘发生红移[ 5] , 是由价带电子与置换 Zn2+ 的 Co2+ 的 d 轨道电子之间的 sp- d 杂化作用[ 6] 造成的。s- d 和 p- d 杂化作用使 ZnO 导带更负, 价带更正, 禁带宽度变窄[ 7] 。此外, 所有 Zn1- x Cox O 样品都在 550~ 700 nm 之间出现三个很强的可见光吸收带, 分别位于 565 nm、612 nm、656 nm, 对应于4A2 ( F ) ∀ 2E ( G) , 4A 2( F ) ∀ 4T 1 ( P) 和4A 2( F) ∀ 2A 1( G) 的电子跃迁。这三种电子跃迁与掺杂于 ZnO 中的 Co2+ 的 3d 能级的晶体场分裂有关[ 8] 。电子跃迁因为 Co2+ 掺杂形成的掺杂能级而变得更加容易, 更易被可见光激发。