一、ZnO薄膜的光谱及能级（论文文献综述）
姜清芬[1]（2021）在《离子注入极性氧化锌薄膜的光电性质研究》文中认为氧化锌（ZnO）是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带的半导体材料,在室温下的带隙约为3.3 eV,激子束缚能高达60meV。ZnO具有良好的光电性、透明导电性、气敏性和压电性,并且容易实现集成化。这些优异的性能使ZnO材料在很多方面具有极大的实际应用价值,如紫外探测器、压敏器件、表面声波器件等。近年来,人们对氧化锌材料的主要关注点在于氧化锌材料的极化结构及光、电、磁学特性。大量的实验结果表明,掺杂可以改变ZnO材料的光电特性,尤其是对于ZnO薄膜的能带工程而言,掺杂可以调控材料的禁带宽度。ZnO材料的禁带宽度在设计和制备以ZnO为基础的异质结、量子阱结构以及光电器件中非常重要。离子注入是掺杂工艺中一种非常重要的方法,具有浓度控制精确性高、低温掺杂、均匀性好等优点,在制造半导体器件和集成电路的领域具有独特的优势。由于纤锌矿ZnO晶体结构具有不对称性,ZnO沿c轴发生自发极化,具有ZnO[0001]Zn极性和[000-1]O极性。不同极性的ZnO在化学、光电性能上存在着差异,热稳定性、掺杂效率、催化性能都受到极性的影响。极性ZnO薄膜有很多种制备方法,在超高真空条件下进行的分子束外延法具有生长温度低、可实时观察生长过程、成膜质量高等优点。本论文通过以下表征手段对离子注入极性ZnO薄膜的性质进行了探究。X射线衍射谱（XRD）表征极性ZnO薄膜的晶体结构,通过公式计算得到薄膜的晶粒尺寸和晶格常数;通过原子力显微镜（AFM）观测薄膜表面形态;薄膜的组分由X射线光电子能谱（XPS）来定性分析。通过紫外-可见分光光度计、光致发光（PL）、光谱椭偏仪（SE）分析极性ZnO薄膜的光学特性。本论文利用分子束外延法制备极性ZnO薄膜,通过离子注入方式将惰性Kr离子和过渡金属Co离子注入其中,得到离子注入极性ZnO薄膜。对薄膜进行表征分析后,研究成果如下:1.Kr离子注入O极性ZnO薄膜后,表面形态由平面形貌变为颗粒状,在紫外区吸收增加。离子注入后薄膜带隙发生红移现象,这可能是由于Kr离子注入晶格,导致晶格破碎、晶粒变小引起的。另外,椭偏结果显示薄膜在3.56 eV处增加一个跃迁峰,这可能是注入杂质导致的。2.Kr离子注入Zn极性ZnO薄膜后,薄膜性质随着Kr离子注入浓度的增加发生变化,表面凹坑形貌随着Kr离子浓度的增加愈发明显。晶粒尺寸变化较小,表明大部分Kr离子注入Zn极性晶界处。薄膜吸收增加,消光系数增大。通过光谱椭偏拟合结果,发现离子注入后带隙红移,浓度对带隙影响不明显。3.过渡金属元素Co离子注入不同极性ZnO薄膜后,相比于纯ZnO材料,Co离子部分取代Zn离子,离子注入后薄膜带隙明显变小,并且O极性薄膜的带隙小于Zn极性ZnO薄膜。本论文的探究结果为离子注入极性ZnO材料的应用提供了参考。
刘晓宇[2]（2021）在《有机光伏电池活性层和界面层溶液及器件性能调节》文中认为有机光伏电池作为一种清洁可再生的新能源技术,凭借其制备工艺简单、质量轻、成本低和易于制成柔性大面积器件等独特优势,近年来得到了飞速发展。设计与开发高性能有机光伏电池活性层和界面层溶液是促进有机光伏电池性能提升的关键,也是本领域的研究热点。本论文主要围绕高性能有机光伏电池活性层和界面层溶液开展工作,探索有机光伏功能层材料的聚集态结构、微观形貌、物理性能和器件性能的相互关系。开发易形貌调控的器件工艺,提升电池的能量转换效率,从而为发展大规模印刷可商业化生产的高性能有机光伏电池提供了有益参考。本论文主要分为以下三个部分:1.提出了以一个简单的活性层形貌优化方法来制备高效厚膜非富勒烯有机光伏电池,系统地研究了 PBDB-T:IT-M体系在活性层薄膜厚度超过200 nm状态下的分子排序、微观形貌以及电荷复合机制。电池采用此处理方法在活性层厚度为250 nm时,实现高达9.4%的能量转换效率,当器件的活性层厚度进一步增加至400nm时,仍然可以保持接近9%的高效率。并且,从其光电特性、二维掠入射广角X射线衍射和共振软X射线散射等表征手段提供的形貌参数可以清楚表明,热退火处理后IT-M的电子迁移率得到有效提高,共混薄膜中分子堆积更加有序和平均相区纯度的提高,上述现象均有利于改善电荷生成和传输效率,对提高非富勒烯有机光伏电池的膜厚耐受性起着关键作用,有利于推进未来大规模商业化印刷技术的发展应用。2.设计并合成了三种烷基侧链长度不同的非富勒烯受体材料,分别为IT-4C1-C6、IT-4C1-C8和IT-4C1-C10,并以PBDB-TF为给体材料制备了传统正向光伏器件。研究表明,随着受体材料烷基侧链长度的增加,相应器件的能量转换效率从6.67%提升到13.54%。在本部分工作中,非富勒烯受体烷基侧链的结构变化与聚集特性的关系得以深入研究。通过合理设计烷基侧链的长度,有效地平衡了受体材料的聚集态结构,提高了活性层中给/受体材料的共混性,从而更易于获得理想纳米尺度相分离的形貌。同时,随着非富勒烯受体材料烷基侧链长度的增加,光伏器件电压损失得以抑制,器件能量转换效率进一步有所提高。3.开发了一种操作简单的溶胶凝胶法来调节ZnO阴极界面层中间前驱体溶液的胶束尺寸与组成。结合紫外可见吸收光谱、拉曼光谱、X射线衍射、紫外光电子能谱、冷冻透射电镜、高分辨透射电子显微镜等一系列测试手段,详细研究其组成-结构-性能的关系。此外,采用不同ZnO前驱体溶液的器件在光电性能及稳定性上的巨大差异得以系统研究。在PBDB-TF:BTP-eC9体系中,采用最佳前驱体溶液制备了以ZnO为阴极界面层的反向有机太阳能电池,实现了近18%的能量转换效率。目前实现商业化制备有机太阳能电池迫切需要高性能可印刷阴极界面层,而本工作所研究的溶胶-凝胶法制备的ZnO阴极界面层具有高重复性、高稳定性和操作简单的优点,因此充分理解和研究ZnO前驱体溶液的物化性能对实现稳定高效大面积聚合物光伏器件的制备具有十分重要的意义。
黄丰,郑伟,王梦晔,何佳庆,程璐,李悌涛,徐存华,戴叶婧,李宇强[3]（2021）在《氧化锌单晶生长、载流子调控与应用研究进展》文中研究说明氧化锌（ZnO）是一种历史悠久的材料,由于其微观结构非中心对称,最初被预测可以应用于压电和非线性光学领域,又因为它在室温下具有宽的禁带和高的激子束缚能,是一类重要的第三代宽禁带半导体材料,在半导体领域受到了广泛关注。然而,在实际应用中,ZnO在上述各个领域都遇到了一些瓶颈问题:在压电领域,原本被认为是绝缘的ZnO出现了意外的导电性;在非线性光学领域,ZnO的折射率差很小,难以获得好的相位匹配;在半导体领域,难以同时获得高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性的p型ZnO。本文主要针对以上ZnO的应用前景及相关瓶颈问题进行了总结,并提出了适用于离子型化合物半导体的载流子调控普适性理论,即:载流子类型完全由材料的精细化学组分完整表达式来决定。这一规则将原本被认为是无关的材料精细化学组分完整表达式和载流子类型两个概念联系起来,在认识上具有很大的突破,并形成了材料科学研究的新范式。该范式成功指导了高绝缘和高热稳定性的n型ZnO单晶以及高迁移率掺Al∶ZnO薄膜的生长,并为高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性p型ZnO的制备提供了新思路。近来,除了上述应用领域外,ZnO还被发现在超快闪烁体和中红外（MIR）透明导电窗口领域具有较大的应用贡献,并推测这些领域很可能领先于ZnO原本受到重视的研究领域而取得真正的应用进展。
王勇[4]（2020）在《基于激光汤姆逊散射的级联弧等离子体实验研究》文中研究指明级联弧等离子体具有高密度、高粒子通量和稳态运行等特点,在薄膜沉积、材料表面改性、纳米材料合成和磁约束核聚变等领域都有着广泛的应用。因此,需要对级联弧等离子体的相关物理参数进行精确地诊断研究。作为最基本的两个等离子体参数,电子密度（ne）和电子温度（Te）极大地影响着级联弧等离子体中的其他参数和局域热力学平衡（Local Thermodynamic Equilibrium,LTE）状态。所以对级联弧等离子体ne和Te进行精确的诊断对于深入理解其内部复杂的物理机制和优化其应用具有重要意义。在等离子体诊断技术中,激光汤姆逊散射是公认的一种测量ne和Te最准确的方法。该方法具有非侵入、高时空分辨率和不依赖于等离子体LTE状态等优点。基于此,激光汤姆逊散射是精确测量级联弧等离子体ne和Te的理想诊断技术。本论文建立了激光汤姆逊散射系统,诊断了不同放电条件下,尤其是加入不同反应气体后,级联弧等离子体的ne和Te,发现了级联弧等离子体中电子行为新的变化规律。另外,由于激光汤姆逊散射技术测量出的Te不依赖于等离子体是否处于LTE状态,而发射光谱测得的电子激发温度（Texc）只有当等离子体处于LTE状态时才等于Te。本文提出了通过对比Te和Tec研究级联弧等离子体的非LTE特性的方法,研究了电子对级联弧等离子体LTE状态的影响。主要研究内容如下:在第二章中,分别建立了单光栅光谱仪激光汤姆逊散射（Single Grating Spectrometer Laser Thomson Scattering,SGS-LTS）系统和三光栅光谱仪激光汤姆逊散射（Triple Grating Spectrometer Laser Thomson Scattering,TGS-LTS）系统。SGS-LTS 系统主要由单光栅光谱仪和激光子系统构成,具有相对简单,容易操作等优点。但是单光栅光谱仪不具备陷波滤波功能,导致SGS-LTS系统无法消除强烈的杂散光信号,而这些杂散光信号往往可以将微弱的汤姆逊散射信号完全湮没。为了抑制杂散光信号,本论文研制了具有窄带陷波滤波功能的三光栅光谱仪,并将三光栅光谱仪与激光子系统等相耦合共同构成了TGS-LTS系统。相比于SGS-LTS系统,TGS-LTS系统具有更高的探测灵敏度,电子密度探测下限可以低至1×1017 m-3,从而可以被应用到精确诊断较低密度等离子体的ne和Te。另外,本章还对级联弧等离子体发生装置进行了介绍。在第三章中,采用SGS-LTS系统对级联弧氩等离子体的ne和Te进行了精确的测量。同时,采用发射光谱测量了级联弧氩等离子体的Texc。通过对比Te和Texc,对级联弧氩等离子体的非LTE特性进行了研究。激光汤姆逊散射诊断结果表明在典型运行条件下,级联弧氩等离子体ne的范围为1019 m-3～1020 m-3,Te的范围为0.3 eV～0.6 eV;随着放电电流、气体流速和背景气压的增加,ne和Te均增加。当放电电流和气体流速增加时,等离子体源的注入功率增加,ne和Te增加,下游等离子体ne和Te升高。背景气压的升高会导致下游等离子体体积减小,等离子体径向输运减弱,电子被约束在中心区域,ne增加。当ne增加时,电子与氩离子之间的三体复合（three-body recombination）反应增强。三体复合反应中氩离子被复合,一部分内能转化为电子的动能,Te升高。在级联弧氩等离子体中,Texc总是要高于Te,但是随着ne的增加,Txxc逐渐接近Te。这是因为级联弧氩等离子体属于复合等离子体（recombining plasma）,氩原子能级布居数小于其在Saha-Boltzmann平衡条件下的能级布居数,即氩原子能级处于欠布居。随着ne的增加,电子与氩原子之间的碰撞增强,同时三体复合反应增强,氩原子能级布居数增多,逐渐接近Saha-Boltzmann平衡条件下的氩原子能级布居数,即等离子体逐渐接近LTE状态,所以Texc逐渐接近Te。在第四章中,采用TGS-LTS研究了氮气对级联弧氩等离子体ne和Te的影响以及对等离子体LTE特性的影响。同时定性地提出了氮气对ne、Te和等离子体LTE影响的物理机制。在背景气压较低时（150Pa和300Pa）,随着氮气比例的增加（0%-10%）,ne从1020m-3急剧降至1018m-3。当背景气压较高时（500Pa和800Pa）,ne随着氮气比例的增加先迅速下降而后略有升高。电子与氮分子离子之间的解离复合（dissociative recombination）反应会消耗大量的电子,导致ne急剧下降。而亚稳态氮分子之间的缔合电离（associative ionization）反应可以产生新的电子,当缔合电离反应占主导时,ne增加。随着氮气比例的增加,Te呈现出先增加后降低的变化规律。这是电子与氮分子之间的超弹性碰撞反应和碰撞激发反应共同作用的结果。电子与处于较高振动激发态的氮分子之间的超弹性碰撞可以将氮分子的一部分振动能转化为电子的动能,Te升高;而电子碰撞激发基态氮分子会导致电子损失动能,Te降低。加入氮气后,Texc更加偏离Te。这是因为加入氮气之后,ne急剧降低,电子与氩原子之间的碰撞减弱,氩原子能级布居数来源减少,更加偏离Saha-Boltzmann平衡条件下的氩原子能级布居数,级联弧等离子体也更加偏离LTE状态。在第五章中,采用TGS-LTS系统诊断了级联弧氩氧混合等离子体的ne和Te,研究了氧气对ne和Te的影响。实验结果发现当氧气比例从0%增加至10%时,ne迅速下降,下降幅度可以超过两个数量级;而Te变化很小,只有在背景气压较高且放电电流较低时,在较高氮气比例处Te出现下降。ne的下降主要是由氧分子离子与电子之间的解离复合反应引起的。另外,由于氧气是一种电负性气体,所以形成负离子（O2-和O-）的反应也会消耗一部分电子,进一步加剧了ne的减少。由于电子与较高振动激发态氧分子之间的超弹性碰撞和电子与处于基态氧分子的电子碰撞激发相互达到某种平衡,通过电子通过超弹性碰撞反应获得能量与通过电子碰撞激发反应损失的能量相当。所以,Te随氧气含量的增加变化很小。当背景气压较高且放电电流较低时,在较高氧气比例条件下,基态氧分子数密度较高,电子碰撞激发反应占主导,所以Te会出现明显的下降。
司浩楠,张铮,廖庆亮,康卓,张跃[5]（2020）在《ZnO纳米结构及其在钙钛矿光伏电池中的应用》文中研究指明近年来,有机-无机杂化钙钛矿光伏电池取得了突飞猛进的发展,已成为光伏领域的研究焦点;其光伏性能的不断提高不仅与钙钛矿材料自身质量与光电特性的提升有关,同时依赖于载流子传输层的优化与设计.鉴于ZnO的优势和特性,本文聚焦于ZnO纳米结构设计及其在钙钛矿光伏电池中的应用,简述了ZnO材料独特的光电性质,总结了ZnO纳米结构的制备方法及合成原理;详细综述了不同维度ZnO纳米结构在钙钛矿光伏电池中的发展进程,着重阐述了化学掺杂、表面修饰、应力调控策略在ZnO基钙钛矿光伏电池性能优化方面的研究进展.本文系统总结了ZnO电子传输层的国内外研究现状、应用前景及发展趋势,为设计构筑高性能ZnO基钙钛矿光伏电池提供了重要的指导.
沈恩池[6]（2020）在《高效全无机钙钛矿电池的制备及其性能研究》文中提出全无机CsPbX3钙钛矿太阳能电池（PeSCs）因其远高于有机-无机杂化钙钛矿相的热稳定性而成为最有希望实现商业化生产的PeSCs器件之一。然而,全无机钙钛矿相的结晶和成膜等因素导致了全无机PeSCs较低的器件性能和较高的制备温度,并进一步阻碍了该类型器件在实际应用种的发展。因此,本论文针对全无机PeSCs效率低下的问题,围绕钙钛矿薄膜形貌调控和能级修饰等重点,开展了提升全无机钙钛矿电池性能的研究,具体研究内容包括以下几个方面:首先,为了抑制光生载流子在钙钛矿薄膜内的损耗,本文采用两步梯度热退火方法来精确控制α-CsPbI2Br晶体的生长,解决全无机钙钛矿成膜性差的问题。进而获得具有均匀且无孔洞的高质量钙钛矿薄膜,大幅减少钙钛矿薄膜中缺陷态对电子和空穴的束缚。基于此CsPbI2Br膜的全无机钙钛矿电池的最佳光电转化效率（PCE）为 12.68%。其次,为了进一步抑制光生载流子在功能层界面的损耗,提升全无机PeSCs的效率,本文提出了一种通过掺杂经典碱金属碳酸盐Cs2CO3来调节溶胶-凝胶衍生的ZnO电子传输材料（ETM）的能级和电性能的简便方法。与本征ZnO相比,掺杂Cs2CO3的ZnO与CsPbI2Br钙钛矿层接触时具有更好的界面能级匹配,显着降低界面欧姆损耗。优化后的PeSC可以获得高达1.28 V的开路电压,并同时具有增加的填充因子和短路电流。在刚性玻璃导电基底上可实现16.42%的最佳光电转换效率,这是迄今为止报道的全无机PeSC的最高效率之一。此外,通过掺杂Cs2CO3的ZnO/CsPbI2Br界面处获得的钝化效果可以提高CsPbI2Br膜的热稳定性。相应的器件在85℃的温度下老化200 h后,仍保持81%的初始效率。最后,本文将全无机钙钛矿电池应用到柔性电池器件中,通过旋涂法在塑料PET基板上沉积了银纳米线（AgNWs）来代替传统的刚性玻璃导电基底,制备出性能优异的柔性器件。源于该柔性透明电极的高导电性和高透射率,柔性全无机PeSCs实现了 14.82%的PCE。此外,该柔性器件在弯折1000次之后仍能保持原有效率的81%,展示出了优异的抗弯曲性能。本文提出了基于形貌调控和能级修饰的全无机PeSCs的载流子复合抑制策略,发展了高效的刚性和柔性器件的集成工艺,为全无机PeSCs的商业化生产提供理论指导和技术支持,为可穿戴柔性PeSCs的制备和设计提供了新方法。
丁建[7]（2020）在《ZnO薄膜结构与缺陷状态调控及其气敏性能优化研究》文中研究说明金属氧化物半导体气敏传感器由于稳定性好、灵敏度高、成本低成为气敏传感领域研究的热点。气体元件的响应性主要取决于敏感层材料,因此,对材料的微观结构与缺陷状态进行有效调控是获得高质量器件的关键。本论文以ZnO薄膜材料为研究对象,通过调控尺寸、形貌等显微结构以及表面缺陷来改善对NO2、乙醇等气体的响应特性,并利用计算模拟等手段探明相应的作用机理。主要研究内容和结论如下:1)采用气溶胶辅助化学气相沉积技术制备颗粒状、金字塔状和片状ZnO薄膜。利用SEM、XRD、PL对材料的微观结构、形貌以及缺陷状态进行了表征,并阐述ZnO薄膜的生长机制。研究表明,当前驱体中未添加修饰剂时,由于各个晶面的生长速率相近,无最优生长方向,ZnO材料团聚成颗粒状。乙酸修饰时,ZnO先沿着a轴方向生长为片状,再沿着c轴方向生长为锥状,形成金字塔状结构。乙酰丙酮和去离子水共修饰时,有利于ZnO沿着a轴方向生长,沉积的ZnO生长为层片状结构。2)将不同厚度、形貌和缺陷状态的ZnO薄膜制备成气敏元件并测试对NO2、乙醇等气体的响应性能。结果表明,致密型颗粒状ZnO对1.0 ppm NO2气体具有的高响应性,在最佳的工作温度为225℃下,响应值为41。准金字塔状ZnO最佳的工作温度为350℃,对100 ppm乙醇气体的最大响应性为236。片状ZnO的最佳工作温度为400℃,对100 ppm乙醇响应性为43。气敏机理分析表明,颗粒状ZnO的平均晶粒尺寸17 nm与全部德拜长度15.6 nm相近,表明是晶粒尺寸决定响应性。准金子塔状的ZnO薄膜中存在高含量的间隙锌缺陷,第一性原理计算结果表明Zni存在会增大材料对氧的吸附能力,从而提高对乙醇气体响应性。片状ZnO结构存在氧空位和间隙Zn缺陷,共同对气敏性能起作用。3)针对片状ZnO薄膜的响应性较低但稳定性好、回复性好的特点,通过在其表面负载Ag纳米颗粒来进一步提高气敏性能。采用金属热蒸发技术,在片状ZnO表面沉积Ag颗粒,所制备的Ag-ZnO复合薄膜传感器对100 ppm乙醇的响应值达到125.6,较纯片状ZnO提高了近3倍。这与引入的Ag颗粒具有较好的催化活性以及在氧化还原过程中作为施主缺陷,增大表面耗尽层厚度有关。
李倩[8]（2020）在《高功率脉冲磁控溅射沉积Al-N共掺ZnO薄膜的研究》文中进行了进一步梳理氧化锌（ZnO）因其独特的物理性质而备受关注,如宽直带隙（3.37 eV）,高激子结合能（60 meV）,这些特性使ZnO广泛应用于太阳能电池、激光二极管和光探测器等。而制备性能优良的p-ZnO薄膜是实现全ZnO基光电器件的关键,但是由于制备的ZnO薄膜存在氧空位（VO）、锌间隙（Zni）、反位锌（ZnO）以及反位氧(OZn)等补偿缺陷,稳定的p-ZnO制备一直较为困难,成为全ZnO基光电器件开发应用的瓶颈。高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）是一种新型等离子体源,具有等离子体密度高、电离率高的特点,在反应溅射中主要以离子形式参加反应,制备的薄膜和普通磁控溅射表现不同的性质。因此针对氮掺杂p-ZnO的稳定性差,本论文采用HiPIMS技术,以氮气为氮源,进行了Al-N共掺ZnO薄膜制备过程中工艺参数的影响研究,并通过时间分辨发射光谱对HiPIMS的放电进行在线诊断,推测p-ZnO薄膜的生长过程。以下为主要研究工作结果:（1）N2流量的影响。研究N2流量对Al-N共掺ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质的影响。得到随着N2流量的增加,薄膜经历从n-p-n型的转变过程。其中在N2流量为20 sccm时,p-ZnO结晶性最好,其半峰宽（FWHM）较小、表面粗糙度较低,薄膜载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.47×1017cm-3、2.7 cm2/Vs、4.51Ωcm。（2）沉积温度的影响。实验得到ZnO薄膜的沉积速率、表面形貌、电学性质都与沉积温度有紧密的联系。ZnO薄膜的沉积速率220℃时,沉积速率最高,在350℃略有下降。塞贝克效应和霍尔效应测试结果表明,280℃下制备的薄膜为p-ZnO,载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.34×1018cm-3,3.41cm2/Vs和0.35Ωcm。（3）工作气压的影响。当工作气压小于0.6 Pa时,生长的薄膜和ZnO薄膜结构为纤锌矿结构,只有（002）衍射峰,为单晶材料;当工作气压为1 Pa时,薄膜呈（002）晶面择优生长,出现Zn3N2的特征峰;当工作气压为0.3 Pa时,Al-N共掺p-ZnO薄膜电阻率为10.36Ωcm,载流子浓度为1.84×1017cm-3,霍尔迁移率为4.11 cm2/Vs。发射光谱测量得到,N+/N2+达到最大为0.75,易于形成No受主。（4）脉冲宽度的影响。在脉冲宽度为50μs时,ZnO的FWHM最小为0.48,薄膜晶粒尺寸最大,认为这是因为溅射粒子的能量适合于薄膜的成核和长大。OES测量结果显示,随着脉宽的增加,N+/N2+的比例先增加后减小。当50μs时,N+/N2+达到最大为1.03。
胡北辰[9]（2020）在《ZnO荧光光谱中的多声子结构研究》文中研究说明ZnO是一种光电性能优异的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带半导体。作为一种自然界常见的氧化物,ZnO的材料成本相对较低,并且已经实现了较大尺寸的单晶生长,因此,人们对其在蓝光和紫外光电器件方面的应用寄予厚望。但是,经过二十余年的探索,尚未找到实现高质量p型掺杂ZnO的有效方法,这严重阻碍了 ZnO在光电领域的实际应用。此外,ZnO的基础研究中仍存在一些悬而未决的物理问题,如可见荧光中的绿光（GL）带、黄橘光（YL/OL）带和红光（RL）带的起源以及荧光发射过程中形成的一些多级纵光学（LO）声子结构的物理机制等。目前,人们对这些问题的认识尚不明确,甚至存在一些互相矛盾的观点。因此,深入研究这些基本科学问题,不仅可以在基础物理层面上加深对ZnO发光过程的认识,而且在实际应用层面上可以为发展ZnO基光电器件提供必要的科学依据。本论文以调控ZnO表面状态为出发点,利用O2、H2气氛退火和沉积SiO2薄膜进行表面钝化等处理手段,制备了一系列具有不同表面状态的单晶与多晶ZnO样品,进而通过光致荧光（PL）谱及光致荧光激发（PLE）谱等方法系统研究了 ZnO在近带边（NBE）区和可见荧光区的荧光发射行为,重点探讨了 ZnO光谱中的LO多声子结构的物理机制。论文的主要研究内容及结果如下:（1）长久以来,人们主要依据单晶样品的荧光光谱标识ZnO中一些与激子相关的荧光过程,如低温下的施主束缚激子（DX）、自由激子（FX）和中性施主束缚激子（D0X）的双电子卫星峰（TES）等。但我们研究发现,ZnO荧光光谱中一些荧光发射过程与晶体形态相关。为此,本文系统比较了高质量的ZnO单晶与多晶样品的低温荧光光谱,证明一些激子相关的荧光发射行为与光在样品中的传播特性之间存在密切联系。现有文献一般把位于～3.324 eV的荧光峰（P2）标识为TES,而把位于～3.310 eV的荧光峰（P1）标识为一阶LO声子辅助的FX复合。然而,对比多种ZnO样品的荧光光谱可以发现,P2峰及其声子伴线仅出现在单晶样品中,而P1峰及声子伴线在多晶样品中更加明显。在仔细分析文献光谱数据的基础上,结合本研究发现的单晶和多晶荧光光谱之间的差异,我们确认,TES仅占P2峰中较小比例,其主要来源与P1峰类似,二者均来自LO声子辅助的激子极化激元荧光。通过对P1和P2峰及其各级声子伴线光子能量的线性拟合,确定了P1和P2峰的零声子线（ZPL）分别位于～3.383和～3.393 eV,进一步明确了二者分别源于1LO声子辅助的A和B激子极化激元的混模（PA,B）及B激子极化激元上支（UPBB）的复合。在此基础上,提出了基于激子极化激元散射的荧光发射机制,即多晶样品中的大量晶界增强了不同激子极化激元分支的带间散射,从而促使处于能量较高的UPBB散射到PA.B,是多晶样品中无法观察到P2峰的主要原因。（2）在激发光子能量（hvex）接近ZnO带间跃迁能量的情况下,荧光光谱中除与激子相关的荧光发射外,还可以观察到以LO声子能量为周期的多级声子振荡现象,一般称作多声子共振Raman散射（RRS）。目前存在多种模型解释这种多声子RRS现象,大致可分为两类,一类观点把多声子RRS归因于光的多级LO声子散射,另一类观点则认为多声子RRS与热激子级联发射LO声子有关。本论文利用激发-发射矩阵（EEM）的方法,系统研究了多种ZnO样品中多声子RRS现象,探讨了多声子RRS的强度与样品温度和表面非辐射复合之间的关系。不同温度的EEM图显示,激子荧光相关的LO多声子结构出现在激子荧光峰以下的区域,与hvex无关;而在整个激子荧光区内均可观察到多声子RRS现象,且与hvex密切相关。这种多声子RRS现象具有特殊的光谱特征:与普通的Raman散射不同,其各级声子伴线的强度随着温度的降低而指数增加;另一方面,多声子RRS也不同于一般的激子荧光发射,其强度基本不受表面状态影响。因此,本论文结合第一性原理计算的ZnO声子谱,提出了基于激子极化激元多声子级联散射的RRS机制,明确了 LO声子的窄能量分布特征是出现多声子结构的重要原因之一。此外,在D0X的PLE谱中还观察到一种非等间距的声子级联振荡现象,并根据一些特定的声子能量组合,明确了二阶Raman散射引发的D0X共振激发机制,进而提出了激子极化激元或自由激子被缺陷俘获形成束缚激子的过程是通过合适的声子散射而实现能量守恒和动量守恒的。（3）ZnO的可见荧光的起源一直没有明确的结论。尤其在GL带中,存在有LO声子结构和无LO声子结构两种不同的形式,与样品的退火过程密切相关,但其荧光发射机制尚不明确。为此,本论文通过表面抛磨、气氛退火及表面钝化等方式调控ZnO单晶和多晶样品的缺陷和激子密度,系统分析了 ZnO可见荧光的特征与样品之间的关系。研究结果显示,GL带具有明确的激子共振激发特征,LO声子结构出现与否由ZnO样品最后经历的退火气氛决定。当最后经历的是O2退火气氛时,GL带中伴有LO声子结构的出现;当最后经历的是H2退火气氛时,则GL带中的LO声子结构消失。X射线光电子谱分析显示,无论是经历H2气氛还是O2气氛退火,ZnO样品表面均表现为缺氧状态。在此基础上,本论文进一步利用带尾激子荧光模型成功地拟合了无LO声子结构的GL随温度的变化,并结合深缺陷束缚的简并激子荧光模型分解了有LO声子结构的GL光谱,探讨了拟合参数的物理意义。此外,分析ZnO的可见荧光光谱发现,当激发光子能量低于D0X时,OL有明显的荧光增强现象,而且表面钝化可以显着增强单晶样品OL带的发光强度,进而提出了晶体内部缺陷的荧光发射机制,可能与激子极化激元下支（LPB）有关。
陈卫宾[10]（2019）在《稀土金属元素掺杂ZnO薄膜制备与磁交换机制研究》文中研究指明稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductors,DMSs）,一般指掺入过渡金属元素或稀土金属元素而构成的一类新型半导体材料。氧化锌（ZnO）结晶态材料（薄膜、晶体等）是一种宽禁带半导体材料,具有优异的光学和电学性能,并可通过掺杂实现磁光和磁电特性。因此,ZnO基稀磁半导体材料一直是稀磁半导体研究领域的热点。在过去的十余年间,人们在过渡金属元素掺杂ZnO基稀磁半导体材料研究方面取得了重要进展,不仅获得了具有室温铁磁性的材料体系,而且对其磁性来源和铁磁耦合机理也有了深入的认识。但是,迄今为止,人们对稀土金属元素掺杂ZnO基稀磁半导体的磁性来源和铁磁耦合机理仍没有形成统一的定论,许多科学问题有待于更进一步的研究。本文从基于第一性原理计算的虚拟实验和采用等离子体增强物理气相沉积（ICP-PVD）技术制备稀土金属元素掺杂ZnO薄膜并对薄膜样品进行系统的性能检测表征为核心的实物实验两个方面开展了深入研究,取得了以下四个方面的研究成果:（1）采用第一性原理计算开展了ZnO和Er、Gd、Pm、Nd、Yb稀土金属元素掺杂ZnO结晶态材料体系化学组成、结构与其磁性能关系的虚拟实验,主要计算了上述元素掺杂ZnO结晶态材料体系的电子结构,发现稀土金属元素掺杂ZnO结晶态材料体系的铁磁性主要来源掺入ZnO晶格中的稀土金属离子的4f轨道电子自旋极化,Yb掺杂ZnO结晶态材料体系具有最小的磁矩,而Gd掺杂ZnO结晶态材料体系具有最大的磁矩。（2）采用ICP-PVD系统制备出不同Yb掺杂浓度的ZnO薄膜。采用XRD、AFM、SEM、UV-VIS-NIR、Hall效应测试和SQUID磁测量等技术方法对Yb掺杂ZnO薄膜进行了结构、结晶形貌、光学性能、电学性能和磁性能的检测。结果表明,所制得的Yb掺杂ZnO薄膜结晶质量良好;在可见光范围内,薄膜具有高于85%的透过率;不同Yb掺杂浓度的ZnO薄膜都具有室温铁磁性,当Yb掺杂浓度为1.5at%时,薄膜具有最强的铁磁性,饱和磁化强度达到0.47 emu/cm3。提高制备过程中O2分压值,可使Zn0.985Yb0.015O薄膜的饱和磁化强度减小;在H2气氛下对薄膜进行退火处理可使其饱和磁化强度增大,但在O2气氛下对薄膜进行退火处理可使其饱和磁化强度减小。对Zn0.985Yb0.015O薄膜进行质子辐照实验,结果表明,薄膜的饱和磁化强度随着辐照剂量呈现先变大、再变小的现象,当辐照剂量为6×1015 ions/cm3时,薄膜的饱和磁化强度达到最大值。系统检测表征结果证明,与VO缺陷相关的点缺陷对Yb掺杂ZnO薄膜的磁性能有着显着的影响。（3）采用ICP-PVD系统制备出不同Gd掺杂浓度的ZnO薄膜。采用XRD、AFM、SEM、TEM、UV-VIS-NIR、Hall效应测试、SQUID磁测量等技术方法对Gd掺杂ZnO薄膜进行了结构、结晶形貌、光学性能、电学性能和磁性能的测试。结果表明,所制得的Gd掺杂ZnO薄膜结晶质量良好;在可见光范围内,薄膜具有高于80%的透过率;不同Gd掺杂浓度的ZnO薄膜都具有室温铁磁性。对于Zn0.98Gd0.02O薄膜,其导电特性随着制备过程中O2分压的增大而迅速降低,铁磁性也随着制备过程中O2分压的增大逐渐变弱。在不同气氛下对Zn0.98Gd0.02O薄膜进行不同温度退火处理的实验结果表明,经O2气氛下退火处理后,Zn0.98Gd0.02O薄膜的铁磁性随着退火温度的升高而逐渐减弱,当退火温度为850℃时,薄膜的铁磁性完全消失;经H2气氛下退火处理后,薄膜的铁磁性随着退火温度的升高而逐渐增强,退火温度越高,薄膜的铁磁性越强。上述系统检测表征结果表明,与VO缺陷相关的点缺陷对Gd掺杂ZnO薄膜的磁性能同样有着显着的影响（4）采用第一性原理计算工具VASP计算了不同荷电量的VO、VZn和Zni缺陷对体系铁磁稳定性的影响,结果表明只有单电离的VO缺陷会增强稀土金属离子之间的铁磁耦合交换,其它类型的点缺陷对体系的铁磁耦合交换不产生明显的作用。通过电子顺磁共振谱、X射线光电子能谱和光致发光谱等检测进一步证实了,对于稀土金属元素掺杂ZnO薄膜,VO缺陷可以调节其铁磁耦合。根据系统的虚拟实验和实物实验的结果,作者提出了稀土金属元素掺杂ZnO结晶态材料体系的铁磁交换模型,其核心思想是这类材料体系的铁磁性来源于束缚在VO缺陷周围的局域电子与稀土金属离子的4f轨道电子之间的铁磁耦合作用。
二、ZnO薄膜的光谱及能级（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、ZnO薄膜的光谱及能级（论文提纲范文）
（1）离子注入极性氧化锌薄膜的光电性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 极性ZnO材料概述 |
| 1.1.1 极性ZnO薄膜的晶体结构 |
| 1.1.2 极性ZnO薄膜的光电性质 |
| 1.1.3 极性ZnO薄膜的应用 |
| 1.2 极性ZnO薄膜的制备方法 |
| 1.2.1 分子束外延法 |
| 1.2.2 化学气相沉积法 |
| 1.2.3 脉冲激光沉积 |
| 1.3 极性ZnO的掺杂方法 |
| 1.3.1 高温扩散 |
| 1.3.2 离子注入 |
| 1.4 极性ZnO薄膜光电性质研究进展 |
| 1.5 论文的立题基础及主要内容 |
| 1.5.1 论文的立题基础 |
| 1.5.2 论文主要内容 |
| 2.薄膜制备及表征方法 |
| 2.1 极性ZnO薄膜的制备 |
| 2.2 离子注入法 |
| 2.3 主要表征方法 |
| 2.3.1 X射线衍射谱 |
| 2.3.2 X射线光电子能谱 |
| 2.3.3 原子力显微镜 |
| 2.3.4 光致发光 |
| 2.3.5 吸收光谱 |
| 2.4 椭偏光谱 |
| 2.4.1 椭偏测量的发展历史及应用 |
| 2.4.2 椭偏测量的基本原理 |
| 2.4.3 数据建模及分析过程 |
| 2.4.4 椭偏数据的分析方法 |
| 2.5 本章总结 |
| 3.Kr离子注入不同极性ZnO薄膜的性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Kr离子注入极性ZnO薄膜组分分析 |
| 3.3 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜结构、形貌分析 |
| 3.3.1 薄膜结构分析 |
| 3.3.2 薄膜表面形态分析 |
| 3.4 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜光学性能的分析 |
| 3.4.1 薄膜发光光谱分析 |
| 3.4.2 薄膜吸收光谱分析 |
| 3.5 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜的椭偏光谱分析 |
| 3.5.1 蓝宝石衬底的椭偏光谱表征 |
| 3.5.2 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜的椭偏光谱表征 |
| 3.6 本章总结 |
| 4.Co离子注入极性ZnO薄膜的光电性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Co离子注入极性ZnO薄膜结构分析 |
| 4.3 Co离子注入不同极性ZnO薄膜椭偏光谱分析 |
| 4.4 本章总结 |
| 5.结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间的学术成果与获得的奖励 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（2）有机光伏电池活性层和界面层溶液及器件性能调节（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 有机光电池的简介 |
| 1.1.1 有机光伏电池的工作原理 |
| 1.1.2 有机光伏电池的性能参数 |
| 1.2 有机光伏电池的功能层材料 |
| 1.2.1 透明电极 |
| 1.2.2 界面层材料 |
| 1.2.3 活性层材料 |
| 1.3 有机光伏电池的制备工艺 |
| 1.3.1 旋涂工艺 |
| 1.3.2 蘸涂工艺 |
| 1.3.3 刮刀涂布工艺 |
| 1.3.4 喷涂工艺 |
| 1.3.5 狭缝式挤出涂布工艺 |
| 1.4 有机光伏电池的表征手段 |
| 1.4.1 形貌的表征 |
| 1.4.2 器件性能的测试 |
| 1.5 本论文的选题思路及研究内容 |
| 2 非富勒烯活性层膜厚耐受性的研究 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 所用材料和表征手段 |
| 2.2.2 器件的制备与表征 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 材料的吸收光谱 |
| 2.3.2 光伏性能测试 |
| 2.3.3 活性层的微观形貌 |
| 2.3.4 活性层的相区研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 非富勒烯受体烷基侧链对太阳能电池电压损耗影响的研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 材料的合成 |
| 3.2.2 器件的制备与表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 材料的吸收光谱与分子能级 |
| 3.3.2 材料的热重分析与动态光散射测试 |
| 3.3.3 活性层的微观形貌 |
| 3.3.4 光伏性能测试 |
| 3.3.5 能量损失机制分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 高性能稳定氧化锌电子传输层的溶胶凝胶制备 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 材料的合成 |
| 4.2.2 器件的制备与表征 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 ZnO前驱体溶液的表征 |
| 4.3.2 ZnO薄膜的电学性质 |
| 4.3.3 ZnO薄膜的微观形貌 |
| 4.3.4 ZnO薄膜的X射线光电子能谱测试 |
| 4.3.5 界面接触的研究 |
| 4.3.6 光伏性能测试 |
| 4.3.7 稳定性的研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 本论文中耗材、试剂及材料来源 |
| 附录B 常用仪器列表 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）氧化锌单晶生长、载流子调控与应用研究进展（论文提纲范文）
| 0 引 言 |
| 1 ZnO在介电压电和半导体领域的探索 |
| 1.1 ZnO在介电压电领域的研究探索 |
| 1.2 ZnO在半导体领域的研究探索 |
| 2 氧化锌的单晶生长 |
| 2.1 水热生长方法 |
| 2.2 纯ZnO晶体水热生长 |
| 2.3 ZnO∶Ga晶体水热生长 |
| 3 ZnO的载流子自由调控 |
| 3.1 理论规则的发现 |
| 3.2 离子型晶体的热稳定性取决于阴离子晶格完整性 |
| 3.3 离子型晶体的高迁移率取决于阴离子晶格完整性 |
| 3.4 半导体学家和材料学家对物质的认知范式 |
| 3.5 理解半导体中的能带、施主与电子、受主与空穴 |
| 3.5.1 对能带的理解 |
| 3.5.2 对施主和电子的理解 |
| 3.5.3 对受主和空穴的理解 |
| 3.6 离子型晶体的导电类型取决于精细化学组分完整表达式 |
| 4 ZnO的载流子策略 |
| 4.1 热稳定n型ZnO的成功制备 |
| 4.2 p型ZnO的制备策略 |
| 4.3 p型ZnO的实践尝试 |
| 4.3.1 针对单晶的p型尝试 |
| 4.3.2 针对薄膜的p型尝试 |
| 4.4 一个意外的结果：高阻ZnO单晶 |
| 4.5 p型ZnO制备的其他路径及相关设备设想 |
| 5 ZnO材料在其他应用领域的潜力发现和进展简介 |
| 5.1 ZnO 超快闪烁体 |
| 5.2 ZnO中波红外透明导电窗口 |
| 6 结语与展望 |
（4）基于激光汤姆逊散射的级联弧等离子体实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1. 绪论 |
| 1.1 级联弧等离子体概述 |
| 1.1.1 级联弧等离子体简介 |
| 1.1.2 级联弧等离子体的应用 |
| 1.1.3 级联弧等离子体电子参数诊断技术 |
| 1.2 激光汤姆逊散射诊断技术 |
| 1.2.1 激光汤姆逊散射原理 |
| 1.2.2 激光汤姆逊散射的发展历程 |
| 1.2.3 激光汤姆逊散射面临的挑战 |
| 1.3 激光汤姆逊散射诊断级联弧等离子体 |
| 1.4 本文主要研究思路与内容 |
| 1.5 本论文章节结构安排 |
| 2 激光汤姆逊散射系统的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 单光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统的建立 |
| 2.2.1 单光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统概述 |
| 2.2.2 激光子系统 |
| 2.2.3 信号探测子系统 |
| 2.3 三光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统的建立 |
| 2.3.1 三光栅光谱仪概述 |
| 2.3.2 三光栅光谱仪的建立 |
| 2.3.3 三光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统 |
| 2.4 级联弧等离子体发生装置 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 单光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统诊断级联弧氩等离子体 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统诊断级联弧氩等离子体实验 |
| 3.3 单光栅光谱仪激光汤姆逊散射光谱的处理 |
| 3.3.1 激光汤姆逊散射光谱 |
| 3.3.2 激光汤姆逊散射光谱的处理 |
| 3.3.3 杂散光和等离子体辐射背景的影响 |
| 3.3.4 激光对电子温度和电子密度的影响 |
| 3.4 级联弧氩等离子体的诊断研究 |
| 3.4.1 级联弧氩等离子体的伏安特性曲线 |
| 3.4.2 级联弧氩等离子体的电子密度和电子温度 |
| 3.4.3 级联弧氩等离子体非局域热力学平衡特性的研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 三光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统诊断级联弧氩氮混合等离子体 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三光栅光谱仪激光汤姆逊散射诊断实验 |
| 4.3 三光栅光谱仪激光汤姆逊散射光谱处理 |
| 4.3.1 激光汤姆逊散射光谱及其预处理 |
| 4.3.2 绝对校准 |
| 4.4 级联弧氩氮混合等离子体电子密度和电子温度 |
| 4.4.1 等离子体源的注入功率 |
| 4.4.2 电子密度 |
| 4.4.3 电子温度 |
| 4.5 级联弧氩氮混合等离子体非局域热力学平衡特性 |
| 4.5.1 级联弧氩氮混合等离子体的发射光谱 |
| 4.5.2 电子激发温度与电子温度的对比 |
| 4.5.3 级联弧氩氮混合等离子体非局域热力学平衡特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 三光栅光谱仪激光汤姆逊散射系统诊断级联弧氩氧混合等离子体 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验装置概述 |
| 5.3 级联弧氩氧混合等离子体电子温度和电子密度 |
| 5.3.1 汤姆逊散射光谱 |
| 5.3.2 电子密度 |
| 5.3.3 电子温度 |
| 5.4 氧气/氮气对电子密度和电子温度影响的对比 |
| 5.5 激光光子去附着负离子对电子密度的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）ZnO纳米结构及其在钙钛矿光伏电池中的应用（论文提纲范文）
| 1 ZnO基本性质与制备方法 |
| 1.1 气相法 |
| 1.2 液相法 |
| 1.3 固相法 |
| 2 ZnO纳米结构与电子传输层的设计与调控 |
| 2.1 ZnO纳米薄膜电子传输层 |
| 2.2 ZnO纳米棒阵列电子传输层 |
| 2.3 其他ZnO纳米结构电子传输层 |
| 3 ZnO纳米结构在钙钛矿光伏电池中的服役行为 |
| 4 ZnO基钙钛矿光伏电池的性能优化 |
| 4.1 化学掺杂 |
| 4.2 界面修饰 |
| 4.3 应力工程 |
| 5 总结与展望 |
（6）高效全无机钙钛矿电池的制备及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 钙钛矿太阳能电池 |
| 1.2.1 钙钛矿太阳能电池的发展历程 |
| 1.2.2 钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理 |
| 1.2.3 钙钛矿太阳能电池的制备 |
| 1.3 全无机钙钛矿 |
| 1.3.1 全无机钙钛矿的发展历程 |
| 1.3.2 CsPbI_2Br全无机钙钛矿提升方法 |
| 1.4 研究内容与选题意义 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 选题意义 |
| 第二章 CsPbI_2Br薄膜的制备及其器件性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验材料和设备 |
| 2.2.2 氧化锌(ZnO)薄膜的制备 |
| 2.2.3 CsPbI_2Br全无机钙钛矿薄膜的制备 |
| 2.2.4 空穴传输层的制备 |
| 2.2.5 CsPbI_2Br全无机钙钛矿器件的制备 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 CsPbI_2Br全无机钙钛矿薄膜的晶体形貌表征 |
| 2.3.2 CsPbI_2Br全无机钙钛矿薄膜的器件性能表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 CsPbI_2Br钙钛矿器件能带调控的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验材料和设备 |
| 3.2.2 掺杂的氧化锌薄膜的制备 |
| 3.2.3 掺杂的氧化锌CsPbI_2Br全无机钙钛矿器件的制备 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 掺杂氧化锌的电子传输层的表征 |
| 3.3.2 以不同掺杂剂的氧化锌为基底的钙钛矿层的表征 |
| 3.3.3 以不同掺杂剂的氧化锌为基底的CsPbI_2Br全无机钙钛矿器件的表征 |
| 3.3.4 氧化锌前驱体掺杂Cs_2CO_3调控能带的机理分析 |
| 3.4 本章小节 |
| 第四章 柔性CsPbI_2Br全无机钙钛矿太阳能电池 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验材料和设备 |
| 4.2.2 银纳米线柔性电极的制备 |
| 4.2.3 柔性全无机钙钛矿太阳能电池的制备 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 Ag NWs电极的表征 |
| 4.3.2 柔性全无机钙钛矿太阳能器件性能表征 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 致谢 |
（7）ZnO薄膜结构与缺陷状态调控及其气敏性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 半导体气敏传感器 |
| 1.2.1 金属氧化物半导体气敏传感器 |
| 1.2.2 半导体气敏传感器性能评价指标 |
| 1.2.3 金属氧化物半导体气敏传感器机理 |
| 1.3 氧化锌基气敏传感器 |
| 1.3.1 氧化锌本征结构特征 |
| 1.3.2 ZnO基气敏传感器的研究现状 |
| 1.3.3 ZnO基气敏传感器的发展趋势 |
| 1.4 气溶胶辅助化学气相沉积技术 |
| 1.5 本论文研究目的、研究内容和技术路线 |
| 1.5.1 研究目的 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 1.5.3 技术路线 |
| 第2章 实验内容 |
| 2.1 实验试剂与仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 表征方法 |
| 2.2.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.2.2 X-射线光电子能谱分析(XPS) |
| 2.2.3 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.4 荧光光谱(PL) |
| 2.3 气敏元件的结构与性能测试 |
| 第3章 ZnO薄膜结构与缺陷状态调控及其生长机理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 颗粒状ZnO薄膜样品的制备 |
| 3.2.2 金字塔状ZnO薄膜样品的制备 |
| 3.2.3 片状ZnO薄膜样品的制备 |
| 3.3 ZnO薄膜的表征 |
| 3.3.1 未修饰的ZnO薄膜表征 |
| 3.3.2 乙酸修饰的ZnO薄膜表征 |
| 3.3.3 乙酰丙酮和去离子水共修饰的ZnO薄膜表征 |
| 3.4 ZnO薄膜的生长机制 |
| 本章小结 |
| 第4章 ZnO薄膜的气敏性能及其机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 气敏性能测试结构设计 |
| 4.2.2 颗粒状ZnO薄膜的制备 |
| 4.2.3 金字塔状ZnO薄膜的制备 |
| 4.2.4 片状ZnO薄膜的制备 |
| 4.3 氧化铝陶瓷彻底沉积ZnO薄膜形貌 |
| 4.3.1 未修饰的ZnO薄膜形貌 |
| 4.3.2 乙酸修饰的ZnO薄膜形貌 |
| 4.3.3 乙酰丙酮和去离子水共修饰的ZnO薄膜形貌 |
| 4.4 气敏元件的制备与测试 |
| 4.4.1 颗粒状ZnO薄膜器件的制备及气敏性能测试 |
| 4.4.2 准金字塔状ZnO薄膜器件的制备及气敏测试 |
| 4.4.3 片状ZnO薄膜器件的制备及气敏测试 |
| 4.5 气敏机理 |
| 4.5.1 颗粒状ZnO薄膜传感器气敏机理 |
| 4.5.2 准金字塔状ZnO薄膜传感器气敏机理 |
| 4.5.3 片状ZnO薄膜传感器气敏机理 |
| 本章小结 |
| 第5章 贵金属Ag修饰片状ZnO薄膜气敏性能影响研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Ag-ZnO复合薄膜形貌 |
| 5.3.2 Ag-ZnO复合薄膜传感器气敏性能 |
| 5.3.3 Ag-ZnO复合薄膜传感器气敏机理 |
| 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（8）高功率脉冲磁控溅射沉积Al-N共掺ZnO薄膜的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 ZnO的基本性质 |
| 1.2 ZnO薄膜中的缺陷类型 |
| 1.3 p-ZnO掺杂 |
| 1.3.1 单掺杂 |
| 1.3.2 共掺杂 |
| 1.3.2.1 受主-施主共掺杂 |
| 1.3.2.2 双受主共掺杂 |
| 1.3.2.3 受主-氢共掺杂 |
| 1.3.2.4 受主等价共掺杂 |
| 1.4 ZnO的应用 |
| 1.4.1 气体传感器 |
| 1.4.2 太阳能电池 |
| 1.4.3 紫外探测器 |
| 1.4.4 发光二极管（LED） |
| 1.4.5 薄膜晶体管（FTFs） |
| 1.5 ZnO的制备方法 |
| 1.5.1 化学气相沉积 |
| 1.5.2 喷雾热解技术 |
| 1.5.3 水热法 |
| 1.5.4 分子束外延 |
| 1.5.5 原子层沉积 |
| 1.5.6 溶胶-凝胶法 |
| 1.5.7 磁控溅射 |
| 1.6 高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术 |
| 1.7 本文立题依据及研究内容 |
| 1.7.1 立题依据 |
| 1.7.2 研究内容 |
| 2 ZnO薄膜的制备方法、条件和性能检测技术 |
| 2.1 ZnO薄膜的制备方法和条件 |
| 2.1.1 实验材料及处理 |
| 2.1.2 实验装置及工艺流程 |
| 2.2 ZnO薄膜的性能检测技术 |
| 2.2.1 X射线衍射(XRD)技术 |
| 2.2.2 拉曼光谱(Raman) |
| 2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
| 2.2.4 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.5 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis) |
| 2.2.6 霍尔效应测量(Hall Effect) |
| 2.2.7 塞贝克效应(Seeback effect) |
| 2.2.8 表面轮廓仪 |
| 3 等离子参数测量及其特性 |
| 3.1 等离子体参数测量方法和设备 |
| 3.2 粒子浓度和种类 |
| 3.3 N~+/N_2~+ |
| 4 p-ZnO薄膜的工艺参数影响及性能测试 |
| 4.1 氮气流量 |
| 4.2 温度 |
| 4.3 工作气压 |
| 4.4 脉冲宽度 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 本文主要研究成果与结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者攻读学位期间取得的研究成果 |
| 一、 发表论文 |
| 二、 参加项目/会议 |
| 三、 获奖情况 |
（9）ZnO荧光光谱中的多声子结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 ZnO的基本特性 |
| 1.1.1 ZnO的基本物理性质 |
| 1.1.2 ZnO的应用前景 |
| 1.1.3 ZnO研究中的挑战 |
| 1.2 ZnO的光学性质 |
| 1.2.1 ZnO的自由激子与激子极化激元 |
| 1.2.2 ZnO的束缚激子及近带边荧光区 |
| 1.2.3 ZnO的可见荧光 |
| 1.2.4 Frohlich相互作用 |
| 1.3 本论文研究工作的基本思路 |
| 2 ZnO样品的制备与表征 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 ZnO样品的制备方法 |
| 2.2.1 ZnO样品的基本信息与制备方法 |
| 2.2.2 ZnO样品的处理工艺 |
| 2.3 ZnO样品的结构和表面特征 |
| 2.3.1 ZnO单晶样品的结构及表面形貌 |
| 2.3.2 ZnO多晶样品的结构及表面形貌 |
| 2.3.3 气氛退火对ZnO表面成分的影响 |
| 2.4 荧光光谱测试方法 |
| 3 ZnO中多声子辅助的激子荧光 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品的加工处理对ZnO紫外荧光的影响 |
| 3.3 单晶与多晶ZnO样品的荧光精细结构 |
| 3.4 P_1与P_2荧光峰的起源 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 ZnO中的多声子共振Raman散射 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同样品的多声子RRS现象 |
| 4.2.1 ZnO单晶样品的EEM图 |
| 4.2.2 ZnO单晶薄膜和多晶样品的RRS |
| 4.2.3 GaN单晶薄膜的RRS |
| 4.3 ZnO多声子RRS的基本特征 |
| 4.3.1 荧光量子产率与多声子RRS的关系 |
| 4.3.2 激子荧光与RRS的多声子结构 |
| 4.3.3 自由激子区PLE谱的多声子振荡特征 |
| 4.3.4 束缚激子区PLE谱的多声子振荡特征 |
| 4.4 多声子结构与声子辅助的激子弛豫机制 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 ZnO的可见荧光及其多声子结构 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 ZnO可见荧光的基本性质 |
| 5.2.1 ZnO中常见的可见荧光带 |
| 5.2.2 激发光子能量对ZnO可见荧光的影响 |
| 5.2.3 OL带与ZnO晶体形态的关系 |
| 5.2.4 ZnO可见荧光的长余辉现象 |
| 5.2.5 可见荧光随温度的演化 |
| 5.3 ZnO绿光区的多声子现象 |
| 5.3.1 GL-S的荧光发射与激发特征 |
| 5.3.2 GL-S的激发限与ZnO样品的关系 |
| 5.3.3 GL-S的激子激发机制 |
| 5.3.4 GL-S的缺陷起源讨论 |
| 5.4 ZnO绿光带的光谱拟合 |
| 5.4.1 无结构GL的激子激发特征 |
| 5.4.2 无结构GL的带尾弛豫模型 |
| 5.4.3 GL-S的光谱拟合模型 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 本文常用英文缩写表 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）稀土金属元素掺杂ZnO薄膜制备与磁交换机制研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 稀磁半导体简介 |
| 1.1.1 自旋电子学 |
| 1.1.2 稀磁半导体材料的性质 |
| 1.2 稀磁半导体研究历程 |
| 1.3 氧化锌材料性质 |
| 1.4 氧化锌基稀磁半导体 |
| 1.4.1 过渡金属元素掺杂ZnO体系 |
| 1.4.2 非磁性离子掺杂ZnO体系 |
| 1.4.3 稀土金属元素掺杂ZnO体系 |
| 1.5 稀磁半导体磁交换机制 |
| 1.5.1 直接交换作用模型 |
| 1.5.2 间接交换作用模型 |
| 1.5.3 双交换作用模型 |
| 1.5.4 RKKY相互作用模型 |
| 1.5.5 平均场理论模型 |
| 1.5.6 束缚磁极子模型 |
| 1.6 本章小节 |
| 第二章 稀土金属离子掺杂ZnO DMSs虚拟实验 |
| 2.1 材料制备虚拟实验 |
| 2.2 第一性原理计算方法简介 |
| 2.2.1 密度泛函理论 |
| 2.2.2 交换关联泛函 |
| 2.2.3 赝势 |
| 2.2.4 计算软件介绍 |
| 2.3 本征ZnO晶体的虚拟实验 |
| 2.3.1 计算细节 |
| 2.3.2 结果与讨论 |
| 2.4 Er离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
| 2.4.1 计算细节 |
| 2.4.2 结果与讨论 |
| 2.5 Gd离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
| 2.5.1 计算细节 |
| 2.5.2 结果与讨论 |
| 2.6 Pm离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
| 2.6.1 计算细节 |
| 2.6.2 结果与讨论 |
| 2.7 Nd离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
| 2.7.1 计算细节 |
| 2.7.2 结果与讨论 |
| 2.8 Yb离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
| 2.8.1 计算细节 |
| 2.8.2 结果与讨论 |
| 2.9 本章小结 |
| 第三章 Yb掺杂ZnO薄膜制备与性能研究 |
| 3.1 Yb掺杂ZnO薄膜制备实验 |
| 3.1.1 电感耦合等离子体增强物理气相沉积系统 |
| 3.1.2 Yb掺杂ZnO薄膜制备用靶材的制取与性能检测 |
| 3.1.3 薄膜制备工艺参数的优化 |
| 3.2 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜性能检测表征 |
| 3.2.1 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的结构 |
| 3.2.2 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的结晶形貌 |
| 3.2.3 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的光学性能 |
| 3.2.4 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的磁性能 |
| 3.2.5 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的电学特性 |
| 3.3 VO对Yb掺杂ZnO薄膜性能的影响 |
| 3.3.1 不同O_2分压下制得的Yb掺杂ZnO薄膜的磁性能 |
| 3.3.2 退火处理对Yb掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
| 3.4 粒子辐照对Yb掺杂ZnO薄膜的结构与性能的影响 |
| 3.4.1 粒子辐照基本原理 |
| 3.4.2 粒子辐照实验 |
| 3.4.3 粒子辐照对Yb掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Gd掺杂ZnO薄膜制备与性能研究 |
| 4.1 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜制备与表征 |
| 4.1.1 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜的制备工艺 |
| 4.1.2 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜的结构 |
| 4.1.3 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜的结晶形貌 |
| 4.1.4 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜性能检测表征 |
| 4.2 O_2分压对Gd掺杂ZnO薄膜结构与性能的影响 |
| 4.2.1 不同O_2分压下Gd掺杂ZnO薄膜的制备 |
| 4.2.2 不同O_2分压下制得的Zn_(0.98)Gd_(0.02)O薄膜样品的结构 |
| 4.2.3 不同O_2分压下制得的Gd掺杂ZnO薄膜的性能检测表征 |
| 4.3 退火对Gd掺杂ZnO薄膜性能的影响 |
| 4.3.1 O_2气氛下退火处理对Gd掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
| 4.3.2 H_2气氛下退火处理对Gd掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 稀土金属元素掺杂ZnO薄膜磁交换机制 |
| 5.1 点缺陷对稀土金属元素掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
| 5.1.1 点缺陷对Yb掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
| 5.1.2 点缺陷对Gd掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
| 5.2 稀土金属元素掺杂ZnO薄膜磁交换模型 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间发表论文和申请专利情况 |
四、ZnO薄膜的光谱及能级（论文参考文献）
- [1]离子注入极性氧化锌薄膜的光电性质研究[D]. 姜清芬. 山东大学, 2021(09)
- [2]有机光伏电池活性层和界面层溶液及器件性能调节[D]. 刘晓宇. 北京科技大学, 2021
- [3]氧化锌单晶生长、载流子调控与应用研究进展[J]. 黄丰,郑伟,王梦晔,何佳庆,程璐,李悌涛,徐存华,戴叶婧,李宇强. 人工晶体学报, 2021(02)
- [4]基于激光汤姆逊散射的级联弧等离子体实验研究[D]. 王勇. 大连理工大学, 2020(01)
- [5]ZnO纳米结构及其在钙钛矿光伏电池中的应用[J]. 司浩楠,张铮,廖庆亮,康卓,张跃. 科学通报, 2020(25)
- [6]高效全无机钙钛矿电池的制备及其性能研究[D]. 沈恩池. 苏州大学, 2020(02)
- [7]ZnO薄膜结构与缺陷状态调控及其气敏性能优化研究[D]. 丁建. 北京工业大学, 2020(07)
- [8]高功率脉冲磁控溅射沉积Al-N共掺ZnO薄膜的研究[D]. 李倩. 北京印刷学院, 2020(08)
- [9]ZnO荧光光谱中的多声子结构研究[D]. 胡北辰. 大连理工大学, 2020(01)
- [10]稀土金属元素掺杂ZnO薄膜制备与磁交换机制研究[D]. 陈卫宾. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2019(03)