掺杂浓度对电沉积法制备znscu光学薄膜影响

第３期朱辉：掺杂浓度对电沉积法制备ＺｎＳ：Ｃｕ光学薄膜影响的研究６８３

图２为不同Ｃｕ２＋掺杂浓度下沉积ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的ＡＦＭ图。从图２中可以看出，在掺杂浓度较低时，沉积的薄膜表面有很多沟壑，晶粒生长不完整，起伏程度较低（约为１５０—２５０ｎｍ），可见其结晶程度不高，这与图１的ＸＲＤ衍射分析结果是一致的。当ｃｕ２＋掺杂浓度达到０．３％时，薄膜表面的沟壑基本上被发育完好的晶粒填平，薄膜的起伏度和薄膜中的晶粒尺寸分别达到了５００ａｍ和４００ｎｍ左右，薄膜表面表现出明显的取向生长特征。然而进一步加大Ｃｕ２＋的掺杂浓度时，薄膜表面的起伏度却有所降低，晶粒尺寸异常增大，这可能是部分Ｃｕ２＋发生变价生成ｃｕ＋，形成非化学剂量比化合物（ｚｎ，Ｃｕ）：Ｓ，最终导致ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜晶格间距变大所致。此外，薄膜表面起伏程度表现出先升后降的规律与ＸＲＤ分析结果表明衍射峰强弱变化规律也是十分吻合的。

图２不同ｃｕ２＋掺杂浓度下在ＩＴＯ基板上沉积ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的ＡＦＭ图

Ｆｉｇ．２ＡＦＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅａ８－ｐｒｅｐａｒｅｄＺｎＳ：ＣｕｔｈｉｎｆｉｌｍｓＩＴＯｓｕｂｓｔｒａｔｅ堪ｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＣｕ２＋（ａ）：Ｏ％；（ｂ）：０．１％；（ｃ）：０．２％；（ｄ）：０．３％；（ｅ）：０．４％

图３是在波长为３７３ｎｍ的光激发下，不同Ｃｕ２＋掺杂浓度下所制备ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的光致发光光谱。其中，位于４２４—４２７ｎｍ之间的发射峰一般认为是被激

发的电子从ＺｎＳ的缺陷态跃迁到Ｃｕ２＋的Ｉ：能级所

致一Ｊ，发射峰位置的略微偏移归因于Ｃｕ２＋对晶粒尺寸

的影响。此外，随着掺杂浓度的提高，发射峰的强度呈

现出先增后降的变化，并在掺杂浓度为０．３％时峰值

强度最大，发光效果最好。这可能是因为随着Ｃｕ２＋浓

度的增加，发光中心数量和光子复合几率随之增加，

ＺｍＳ：Ｃｕ薄膜的发光强度提高。然而，随着掺杂含量的

进一步增大，Ｃｕ２＋替换ｚｎ“达到一定程度时，就会发生杂质堆积，光电子寿命缩短，所吸收的电子的能量散发为热（晶格振动），变成了无辐射跃迁，使得材料的发光亮度迅速下降。而在掺杂浓度为０．３％和０．４％时出现的波长为４３５．９０ｎｍ的发射峰，则属于ｚｎ２＋的激发峰，这与ＸＲＤ衍射分析结果一致。

图３不同Ｃｕ２＋掺杂浓度下在ＩＴＯ基板上

所制备ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的光致发光谱

Ｆｉｇ．３ＰＬｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅ衄一ｐｒｅｐａｒｅｄＺｎＳ：Ｃｕｔｈｉｎｆ．山ｍＩＴＯｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍ嘲ｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ

ｏｆＣｕ２＋（ａ）：Ｏ％；（ｂ）：Ｏ．１％；（ｃ）：Ｏ．２％；（ｄ）：Ｏ．３％；（ｅ）：Ｏ．４％）

与张海明Ⅲ１等采用化学合成法制备的ＺｎＳ：Ｃｕ纳

米荧光粉（发射峰位置为４６６ａｍ）相比，ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的发射峰位置明显蓝移了４０ｎｌｎ左右，但仍然属于纳米蓝光的发光范围，这可能是由于不同的制备工艺在纳米ＺｎＳ材料禁带中引入的Ｃｕ２＋陷阱能级不同造成的。

４结论

采用阴极恒电压沉积法可在ＩＴＯ基板上制备出沿（２００）晶面取向生长的ＺｎＳ：Ｃｕ光学薄膜。Ｃｕ２＋的掺杂浓度不仅影响ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的结晶程度，而且在薄膜的发光性能上起着关键作用。ＰＬ光谱分析结果表明，Ｃｕ２＋进入到纳米ｚＩｌＳ薄膜的ｚｎ２＋格点上，作为蓝光发光中心存在，并且随ｃｕ２＋掺杂浓度的提高，ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的发射峰强度先增后降，在掺杂浓度为０．３％时发光强度最大。ＺｎＳ：Ｃｕ薄膜的发射峰位置比相应的纳米

掺杂浓度对电沉积法制备ZnS: Cu光学薄膜影响

作者：朱辉， 黄剑锋， 曹丽云， 曾燮榕， 熊信柏， 吴建鹏， ZHU Hui， HUANG Jian-feng，CAO Li-yun， ZENG Xie-rong， XIONG Xin-bo， WU Jian-peng

作者单位：朱辉,曹丽云,吴建鹏,ZHU Hui,CAO Li-yun,WU Jian-peng(陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,西安,710021)， 黄剑锋,HUANG Jian-feng(陕西科技大学教育部轻

化工助剂化学与技术重点实验室,西安,710021;深圳大学深圳市特种功能材料重点实验室,深

圳,518060)， 曾燮榕,熊信柏,ZENG Xie-rong,XIONG Xin-bo(深圳大学深圳市特种功能材料

重点实验室,深圳,518060)

刊名：

人工晶体学报

英文刊名：JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS

年，卷(期)：2009,38(3)

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