稀土元素掺杂ZnO薄膜的电沉积研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonElectrodepositionofRareEarth-dopedZnOFilmsByShengxiaXuSupervisor：Prof．CuipingRenProf．JianminZhangPhysicalChemisty，一CollegeofChemistryandMolecularEngineerMay2012学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他

2、个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：楸日期：扫7)r年皇月；1日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍

3、然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：奸肌磋日期：上oI)年上月；r7日摘要ZnO是直接宽带隙，禁带宽约为3．37ev的半导体材料，与其他光电材料相比有许多优点。氧化锌由于它的直接宽带隙，并且由于它热猝灭光电子能量较低，可以在整个紫外区、可见区、红外区，进行发射，所以适合做稀土元素的发光主体。近年来，大多数研究稀土元素掺杂氧化锌的能量转移或上转换发光，研究电极／溶液界面pH，添加剂对稀土元素掺杂氧化锌性质的影响较少。本论文首先采用四电极系统，原位监测了电沉积过程电极／溶液界面pH值对锌铈氧化物薄膜组成的影响，随后用三电极系统在无添加剂和有添加剂条件下，电沉积制备了稀土

4、元素铈、镨掺杂氧化锌的薄膜。首先，采用四电极系统，原位监测了电沉积过程电极／溶液界面pH值对锌铈氧化物薄膜的组成的影响。结果表明，通过控制电极／溶液界面的pH值可以有效地调节电沉积产物组成；讨论了电极表面金属氧化物的电化学沉积机理，并阐明了液．固两相中金属离子存在形态的热力学性质决定了混合金属氧化物的组成。第二，采用三电极体系，阴极恒电位电沉积一步沉积法，在硝酸锌和不同浓度的硝酸铈和硝酸镨溶液中在ITO衬底上制备了Ce(III)．掺杂ZnO、Pr(III)．掺杂ZnO的薄膜。并通过电流密度．时间图、X射线粉末衍射()(】m)、光致发光光谱(PL)、IUV／IDLE对样品结构、光学性质、结

5、晶质量等进行了研究。结果表明，所制备的稀土元素掺杂氧化锌结构都是c轴择优取向的ZnO纤锌矿结构。光致发光光谱表明，掺杂的ZnO薄膜紫外峰位产生了红移，且掺杂元素为Pr(III)与掺杂元素为Ce(III)的ZnO薄膜比较有新的发光峰形成，即以550nm为中心的较宽的绿光峰。IUv／IDLE表明薄膜的结晶度都比较好，但是随着Pr(III)浓度的增加，结晶质量越来越差，缺陷浓度越来越大。第三，采用阴极恒电位电沉积法，在不同添加剂的0．0lmo／LZn0N03)2和0．005mol／LCe州03)3溶液中电沉积制备了Ce掺杂ZnO纳米结构。X射线粉末衍射(Ⅺm)、扫描电镜(SEM)、紫外．可见透

6、射光谱、光致发光光谱等实验技术研究了样品进行了结构、表面形貌、光学性质等。紫外．可见透射光谱实验显示，添加剂为六次甲基四胺和硝酸铵的氧化锌薄膜在可见光区的光学透过率IV摘要>90％，添加剂为醋酸铵和氯化钾的氧化锌薄膜在可见光区的光学透过率>75％。光致发光谱显示，醋酸铵和氯化钾为添加剂时，加强了以550nm为中心的宽绿光发射强度，硝酸铵是抑制了氧化锌的荧光强度，六次甲基四胺对氧化锌的荧光强度没有影响。最后，在不同浓度的Pr(Y03)3的O．01mol／LZn(N03)2+0．01mol／LNH4Ac+0．01mol／LKCI的电解液中，采用阴极恒电位电沉积法，在ITO衬底上制备了Pr掺杂

7、ZnO薄膜。光致发光光谱显示Pr(N03)3的浓度为7mmol／L时薄膜的荧光强度最强。关键字：界面pH；掺杂；添加剂；稀土元素；阴极电沉积法；ZnOVAbstractZaOiSadirectwidegapwith3．37eVofsemiconductormaterial．Ithasalotofbenefits．DuetoZnOisdirectwi(1ebandgapandphotoelectronthermalquenchinge