超声雾化法制备Er3+掺杂SnO2薄膜结构与性质研究

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二氧化锡是一种n型宽禁带半导体材料。传统上,SnO2薄膜被广泛应用于透明导电薄膜、气敏传感器和太阳能电池等领域。近年来,越来越多的研究者开始关注SnO2薄膜纳米粒子的制备技术及新的光电性质的研究,它被认为是下一代最具潜力的光电材料之一。尤其是二氧化锡掺稀土元素铒离子,发出1540nm的红外光,正好对应于石英光纤的最小吸收波长,在光纤传输与光电子器件中起着很重要的作用。   本文研究了超声雾化法制备薄膜工艺。以SnCl4·5H2O作为前驱体溶液和ErCl3·6H2O作为掺杂剂,在玻璃衬底和硅片衬底上分别沉积不同工艺参数的掺铒SnO2薄膜。主要研究了超声雾化器中前驱液浓度,载气流量和衬底温度对掺铒二氧化锡薄膜的导电率和透过率的影响,以及铒掺杂浓度和退火温度对掺铒SnO2薄膜的结构和光致发光性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜、四探针电阻仪、分光光度计和荧光光谱仪等测试手段对薄膜进行结构和性能的测试。X-射线衍射图和SEM图表明,超声雾化法制备的掺铒SnO2薄膜具有纯金红石结构和相当高的结晶形态,且薄膜表面较平整,薄膜粒子大小随着掺铒浓度的增大而减小。通过对薄膜导电率和透过率的测试,结果表明:当前驱液浓度为0.25mol/L,衬底温度为450℃,载气流量为400L/h时,用超声雾化法制备的二氧化锡掺铒薄膜较均匀和透明。用荧光光谱仪对SnO2薄膜进行光谱测量,激发光为266nm,结果发现在室温下样品发出橘黄色的可见光和1540nm的红外光。经PL谱分析后,发现可见光来源于二氧化锡薄膜中氧空位的发光,而红外处的发光则来自SnO2晶格中取代Sn4+位置的Er3+4f能级的跃迁。且当掺铒浓度为2mol%时,退火温度为1000℃时PL发光强度最强。过高浓度掺杂下,会发生铒浓度淬灭现象。
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