【《低温水热法制备Al掺杂ZnO薄膜的方法概述》1400字】

低温水热法制备Al掺杂ZnO薄膜的方法概述研究人员采用了多种方法合成镁掺杂ZnO薄膜，包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。在这些方法中，水热法因其成本低[18]、实验设备简单、容易调整掺杂量而受到人们的广泛关注。SiyiLiu等[18]采用低温水热法合成Mg掺杂ZnO薄膜。制备过程中，先将[Zn(OAc)2.2H2O]和[Mg(OAc)2.4H2O]溶于DMSO(二甲亚砜)中，连续磁化搅拌形成均匀溶液，然后将TMAH(四甲基氢氧化铵五水)和乙醇溶液滴入混合液中。将混合物磁化搅拌，得到Zn0.99Mg0.01O纳米粒子。然后，用过量丙酮沉淀溶液，离心2次。最后，将所得的Mg掺杂ZnO纳米粒子分散于乙醇中。此外，为了研究Mg掺杂对ZnO薄膜光学性质的影响，除了改变Mg的质量外，还采用上述方法制备了x=0、0.02、0.04和0.06的Zn1-xMgxO纳米粒子，即纯ZnO纳米薄膜和Mg掺杂ZnO纳米薄膜。利用X射线衍射对Mg含量分别为x=0、0.01、0.02、0.04和0.06的Zn1-xMgxO薄膜进行衍射分析的XRD图谱如图3-6所示。观察XRD谱图，衍射峰证实所有样品均为六方纤锌矿结构，且未检测到MgO或其他相的衍射峰。随着掺杂Mg的浓度增大，衍射峰的位置却几乎没有变化，得到大多数Mg2+离子都是通过取代Zn2+离子而掺杂到ZnO晶格中的结论。这是因为Mg2+和Zn2+的离子半径接近，且Mg2+离子的掺杂量低，因此可以避免Zn1-xMgxO结构的晶格变形，因此峰位置没有出现明显偏移。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11对Mg掺杂ZnO薄膜进行X射线衍射分析的XRD谱图图3-7为ZnO薄膜的Zn2p和Mg1s不同Mg掺杂浓度下的XPS谱图。对于纯ZnO薄膜，Zn2p的核心线谱分别在1021.2eV和1044.4eV处出现，此处正对应Zn2p3/2和Zn2p1/2的两个峰，证实了ZnO的共价结构。由于Zn2+被Mg2+取代，所以随着Mg2+含量的增加，Zn2p的峰值略微向更高的键能转变。从图3-7(b)中观察到，纯ZnO薄膜中没有Mg1s峰，而在掺杂Mg的ZnO薄膜样品中可以检测到Mg1s峰位于1304eV处。此外，Mg1s的峰值强度和面积会随x值的增大而增大，但Mg离子掺杂量较低导致该峰强度始终不高。图中掺杂ZnO薄膜的结合能位置与MgO相似，表明Mg元素以Mg2+的形式存在于ZnO晶格中。溶解在乙醇中的Mg掺杂ZnO薄膜在室温下的紫外吸收和PL光谱如图3-8所示。从图3-8（a）可以看到，当Mg离子的含量从0增加到0.06时，特征吸收峰从336nm转移到313nm。从图3-8（b）可以看到，随着Mg含量从0增加到0.06，Eg从3.49eV增加到3.72eV。光学带隙Eg的增加可以归因于Mg2+取代了ZnO中的Zn2+离子，由于Mg3s能级高于Zn4s能级，所以当Mg3s轨道与Zn4s杂化后，导带(CB)边增加导致了光学带隙增大。图3-8（c）则可以证明制备得到的Mg掺杂ZnO中存在大量表面缺陷和本征缺陷。同时可以发现，随着掺杂Mg离子含量的增加，ZnO薄膜的可见光发射峰从564nm转移到522nm，可见光强度随Mg含量的增加而增加，这与溶胶-凝胶法制备的Mg掺杂ZnO薄膜的结论一致；而紫外发射的强度随着Mg离子含量的增加而降低，当Mg离子含量增加到0.06时甚至可以忽略不计。从图3-8（d）可以发现，当Mg离子的浓度x为0、0.01、0.02、0.04和0.06时的掺杂ZnO薄膜的平均PL寿命分别为24.0、34.2、35.7、41.8和67.9ns，这表明Mg掺杂ZnO薄膜的PL衰减随着Mg离子浓度的增加而延长。PL寿命的增加表明Mg掺杂可以为ZnO薄膜引入额外的晶格缺陷，同时引起局域载流子涨落，从而导致长时间的跃迁发射衰减。这些结果揭示了缺陷浓度的变化或Mg诱导的新缺陷的形成。baba图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s12Zn1-xMgxO薄膜在x值变化时的（a）Zn2p；（b）Mg1s综上，采用低温水热法制备的Mg掺杂ZnO薄膜用X射线衍射技术证实了晶粒为六方纤锌矿结构，其中Mg2+以取代ZnO晶格中Zn2+的状态掺杂在晶格中。对掺杂ZnO薄膜的光电特性的研究结果表明Mg离子掺杂使ZnO薄膜的Eg和PL强度明显升高；可见光强度随Mg离子浓度的增加而增大，紫外强度随Mg离子浓度的增加而降低。（a）（b）（c）