인이 도핑된 ZnO 나노로드는 열수 공정을 사용하여 제조되었으며, 도핑 농도의 함수로서의 구조적 변형은 X선 회절을 사용하여 조사되었습니다. 나노로드의 길이와 직경의 도펀트 농도 의존적 향상은 ZnO 나노로드에서 인 도핑을 확립했습니다. 캐리어 농도와 홀 계수의 변화에서 관찰된 전도도 유형의 점진적인 변화는 인 도핑을 더욱 확인시켜 주었습니다. 인 도핑으로 인한 ZnO 나노로드의 캐리어 농도 변형은 인의 양쪽성 성질에 기초하여 이해되었다. 인이 없는 상태에서 ZnO 나노로드는 자외선(UV)과 가시광선 영역에서 광발광(PL)을 보였다. UV 방출, 즉 ZnO의 니어 밴드 에지 방출은 인을 도핑한 후 적색 편이된 것으로 밝혀졌으며 이는 도너-억셉터 쌍 형성에 기인합니다. 가시 영역에서 관찰된 방출은 ZnO의 다양한 결함으로 인해 발생하는 심층 방출로 인한 것입니다. Al 도핑된 ZnO 시드 층이 관찰된 근적외선(NIR) 방출의 원인이 되는 것으로 밝혀졌습니다. UV 및 가시광선 영역에서 PL 방출은 생물학에서 광전자 장치에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 포괄할 수 있습니다.
ZnO는 독특하고 쉽게 조정할 수 있는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 상당한 관심을 받아온 가장 유망한 반도체 재료 중 하나입니다[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]. ZnO는 진성 n형 반도체인 것으로 알려져 있다. ZnO의 p형 전도도는 발광 다이오드[12], 전기적으로 펌핑된 랜덤 레이저[2], 광검출기[9]를 포함한 여러 응용 분야를 가진 동종접합의 형성에 중요한 역할을 합니다. 지금까지 안티몬(Sb), 비소(As), 질소(N), 인(P) 또는 기타 원소와 같은 다른 원소를 도핑하여 ZnO 매트릭스에 p형 전도성을 유도하려는 여러 시도가 있었습니다[2, 5,6,7,8,9]. 그러나 이러한 요소 중 일부는 깊은 수용체를 형성하여 유용하지 않기 때문에 p형 전도성을 유도하는 데 실패할 가능성이 높습니다. ZnO의 p형 도핑과 관련된 명백한 병목 현상 문제는 초기 성과와 재현성 및 안정성입니다[7]. 다행스럽게도, ZnO의 인의 경우 급속 열처리 공정을 사용한 열 활성화에 의해 안정성/분해 문제를 피할 수 있습니다[15]. 또한, 인이 도핑된 ZnO 박막은 Allenic et al.에 따르면 주변 조건에서 최대 16개월까지 안정적인 것으로 밝혀졌습니다. [14]. 따라서 인은 앞서 언급한 도펀트 중 ZnO에서 p형 전도도를 유도하기 위한 가장 신뢰성 있고 안정적인 물질 중 하나로 여겨진다. 더욱이, ZnO 나노구조의 인은 가시 영역에서 산소 결손 관련 광발광(PL) 방출을 유발하는 것으로 밝혀졌습니다[8, 16]. ZnO 나노구조의 PL 방출 연구에 대한 여러 보고가 있었지만[17,18,19,20,21,22], 자외선( UV), 가시광선 및 근적외선(NIR) 영역과 전기적 및 구조적 특성은 매우 부족합니다.
현재 연구에서 우리는 비용 효율적이고 확장 가능하며 대면적 및 저온 기술 중 하나인 열수 방법을 사용하여 ZnO 나노막대에서 인의 성공적인 도핑을 보고합니다. 인은 본질적으로 양쪽성인 것으로 밝혀졌으며, 이는 도핑 농도의 함수로서 전도도 유형 및 캐리어 농도의 비 전통적인 변화에서 실현되었습니다. 우리는 Al 도핑된 ZnO 시드 층에서 성장한 ZnO 나노로드에서 인의 제어된 도핑을 통해 UV, 가시광선 및 NIR 영역에서 PL 방출을 추가로 시연합니다. 현재 발견의 기본 메커니즘은 기존 시스템의 다양한 결함 상태를 기반으로 논의됩니다. 본 연구의 가장 흥미로운 측면은 나노구조, 시드층 및 도펀트의 적절한 조합을 신중하게 선택하여 단일 시스템에서 두 가지 다른 영역(UV 및 가시광선)에서 방출을 달성했다는 것입니다.
약 100 nm의 Al 도핑된 ZnO 필름의 시드 층은 세정된 석영 기판 세트에 2%의 알루미나 ZnO 타겟을 갖는 무선 주파수(RF) 스퍼터 증착을 사용하여 성장되었습니다(그림 1a). 기판은 초음파를 사용하여 아세톤과 이소프로필 알코올로 세척한 후 질소 가스를 사용하여 기판을 조심스럽게 건조했습니다. 시드층의 스퍼터링은 90 W의 RF 전력과 60 SCCM의 Ar 가스 흐름을 사용하여 40분 동안 수행되었습니다. Al이 도핑된 ZnO 필름을 시드 층으로 선택한 이유는 순수한 ZnO 필름에 비해 전도성과 투과율이 더 우수하기 때문입니다[23].
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Al 도핑된 ZnO 시드층의 개략도(a ), ZnO 나노로드의 성장 과정(b ) 및 성장된 ZnO 나노로드(c ). XRD 패턴(d ) 다양한 NH4에 해당하는 ZnO 나노로드의 H2 (PO4 )2 M 비율. NH4의 함수로서의 (002) 피크의 통합 강도 H2 (PO4 )2 M 비율(e )
도핑되지 않은 ZnO 나노로드는 질산아연 6수화물(Zn(NO3 )2 , 시약 등급(98%) 및 헥사메틸렌테트라민(HMTA, C6 H12 N4 , ≥ 99.0%). 400ml 부피에 0.06μM의 질산아연 및 HMTA 용액을 2시간 동안 교반하여 제조하였다. 인산이수소암모늄(NH4 H2 (PO4 )2 , ≥ 98%) 0%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% 및 1%의 M 비율로 위의 화학 물질에. 시드층이 증착된 석영 기판을 이 비커에 담그고 90 °C의 오븐에서 10 시간 동안 보관했습니다(그림 1b). 다음으로, 이 샘플을 탈이온수로 헹구고 질소 가스로 완전히 건조하여 잔류물을 제거하여 수직으로 정렬된 인이 도핑된 ZnO 나노로드에 도달하도록 했습니다(그림 1c).
주사전자현미경(SEM)을 이용하여 시료의 표면 형태를 조사하였다. 분말 모드 X선 회절(XRD)을 사용하여 샘플의 구조적 특성에 대한 도핑의 영향을 조사했습니다. 0.5 T의 자기장이 적용된 샘플의 전도도 유형을 이해하기 위해 모든 샘플에 대해 홀 효과 측정을 수행했습니다. 실온 PL 측정은 여기 파장 266 nm(Nd-YAG 펄스 레이저) 및 입사 전력 150 mW를 사용하여 수행되었습니다.
인이 ZnO 나노막대에 혼입되어 발생하는 구조적 변화를 이해하기 위해 분말 모드 XRD 측정을 수행했으며 그 플롯은 그림 1d에 나와 있습니다. 도핑되지 않은 샘플은 각각 ZnO의 (002), (111), (103) 및 (004) 평면에 해당하는 34.36°, 44.27°, 62.80° 및 72.45°에서 회절 피크를 보여줍니다. (002) 평면에 해당하는 피크가 가장 높은 강도를 나타내며, NH4에 관계없이 피크 위치가 변하지 않음 H2 (PO4 )2 M 비율과 그 결과로 나타나는 나노로드의 직경/길이 변화. NH4 증가 시 H2 (PO4 )2 가장 높은 강도 피크, 즉 (002) 피크의 적분 강도인 M 비는 그림 1e와 같이 점차 감소합니다. 이 샘플의 유일한 차이점은 M 비율의 변화입니다. 따라서 ZnO 나노막대의 감소된 결정질 특성에 기인할 수 있다[24]. 그러나 여기서 주목해야 할 한 가지는 (002) 피크의 반치폭(FWHM)입니다. FWHM은 NH4에 관계없이 0.25° 부근에서 거의 동일한 것으로 나타났습니다. H2 (PO4 )2 M 비율. 이러한 관점에서 c -축은 또한 통합(002) 피크 강도의 감소로 이어질 수 있습니다. NH4의 M 비율일 때 H2 (PO4 )2 1%에 도달하면 ZnO 결정의 (100), (101) 및 (102) 피크와 관련된 각도 31.70°, 36.17° 및 47.50°에서 3개의 추가 피크가 관찰되었습니다. 이러한 추가 피크의 모양은 위에서 언급한 주장과도 잘 일치합니다.
도핑되지 않은 샘플과 도핑된(최대 1%) 샘플의 SEM 이미지의 상단 및 횡단면도가 그림 2a-f에 나와 있으며, 여기서 육각형 나노막대의 균일한 분포를 확인할 수 있습니다. 위의 단락에서 논의한 바와 같이 나노로드의 직경과 길이는 NH4가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났습니다. H2 (PO4 )2 M 비율은 각 이미지의 삽입(평면도)과 오른쪽(단면도)에서 각각 관찰할 수 있습니다. 도핑되지 않은 샘플에서(NH4의 0% H2 (PO4 )2 M 비율), 나노로드의 평균 직경은 약 60 nm인 것으로 나타났으며, 이는 그림 2a-f의 삽입된 것과 같이 도핑 농도가 증가함에 따라 145 nm까지 점진적으로 계속 증가했습니다. 유사하게, 나노로드의 길이도 도핑 농도에 따라 증가하지만 각 이미지의 오른쪽에서 볼 수 있는 것처럼 약간 증가하는 것으로 나타났습니다. 나노로드의 길이와 직경은 NH4의 함수로 표시됩니다. H2 (PO4 )2 각각 그림 3a와 b의 M 비율입니다. 이 그림의 삽입에서 우리는 길이와 직경을 나타내기 위해 수직으로 성장한 ZnO 나노로드의 개략도를 보여줍니다. NH4가 증가함에 따라 이러한 나노로드의 길이도 1.35 μm에서 2.5 μm로 급격히 증가한다는 점에 유의할 수 있습니다. H2 (PO4 )2 M 비율은 0%에서 0.1% 사이이며 이 M 비율을 넘어서면 거의 포화됩니다. 나노로드의 직경 변화에서도 유사한 경향이 관찰되었습니다(그림 3b). NH4의 0.1%까지 나노로드의 향상된 길이와 직경 H2 (PO4 )2 M 비율은 ZnO의 산소 원자에 비해 인의 크기가 더 크기 때문입니다[12, 13, 25]. 0.1% M 비율을 넘어서면 길이와 직경 변화의 특성은 ZnO 매트릭스에 인을 통합하는 용해도 한계의 포화를 기반으로 이해될 수 있습니다[26]. 도핑 농도를 제외하고 다른 모든 매개변수가 일정하게 유지되거나 증가 또는 감소하기 위해 속도를 늦췄지만, 나노로드의 길이와 직경은 여전히 증가하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 인이 ZnO 나노로드에 성공적으로 통합되었음을 나타냅니다[12, 25]. ZnO의 성장과 ZnO 결정으로 인의 도핑을 담당하는 화학 반응은 다음 방정식에서 이해할 수 있습니다[16].
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NH4에 해당하는 ZnO 나노로드의 상단(왼쪽) 및 단면(오른쪽) SEM 이미지 H2 (PO4 )2 M 비율 0%(a ), 0.05%(b ), 0.1%(c ), 0.2%(d ), 0.5%(e ) 및 1.0%(f ), 각각. NH4의 함수로 나노로드의 직경과 길이 증가 H2 (PO4 )2 M 비율. 나노로드의 체적 특성 향상은 인의 증가된 결합으로 인한 것입니다.
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아 , b NH4 증가에 따른 ZnO 나노로드의 길이와 직경의 정량적 보기 H2 (PO4 )2 M 비율, 각각. ㄷ –이 NH4의 함수에 따른 나노로드의 도핑 농도, 홀 계수 및 이동도의 변화 H2 (PO4 )2 M 비율, 각각. NH4일 때 전도도가 음에서 양으로 변경됨 H2 (PO4 )2 M 비율은 대략 0.3%보다 높습니다. NH4의 1%에 해당하는 나노로드의 도핑 농도 감소 H2 (PO4 )2 M 비율은 ZnO 나노로드에서 인의 용해도 한계를 넘어선 자체 보상 효과로 인한 것입니다.
$$ \mathrm{Zn}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\to {\mathrm{Zn}}^{2+}+2{\mathrm{NO}}_3^{ -} $$ (1) $$ {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{N}}_4+10{\mathrm{H}}_2\mathrm{O }\leftrightarrow 6\mathrm{HCHO}+4{{\mathrm{N}\mathrm{H}}_4}^{+}+4{\mathrm{OH}}^{-} $$ (2) $$ {\mathrm{Zn}}^{2+}+2{\mathrm{OH}}^{-}\leftrightarrow \mathrm{Zn}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\to \mathrm {Zn}\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} $$ (3) $$ \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4{\mathrm{H}}_2 \mathrm{P}{\mathrm{O}}_4+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\to {{\mathrm{NH}}_4}^{+}+2{ \mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{PO}}_4^{3-} $$ (4) $$ 3{\mathrm{Zn}}^{2+}+2{{ \mathrm{PO}}_4}^{3-}\to {\mathrm{Zn}}_3{\left({\mathrm{PO}}_4\right)}_2\downarrow $$ (5)열수 공정에서 온도를 높이면 질산아연은 초기에 Zn 2+ 으로 분해됩니다. 및 질산염 이온. 반면에 HMTA와 물 분자 사이의 화학 반응은 위의 Eq. (2). 이 하이드록실 이온은 Zn 2+ 와 반응합니다. 이온 및 ZnO 및 H2의 형성으로 이어집니다. 오 분자. 또한 인산이수소암모늄은 비이커에 이미 존재하는 수산화이온과 반응하여 암모늄이온 및 물분자와 함께 인산이온을 형성한다. 여기서 우리는 이러한 인산염 이온이 아연 이온과 반응하여 인산아연(Zn3 (PO4 )2 ) 침전은 ZnO 나노막대에 인을 통합하는 데 해를 끼칩니다[16]. 그러나 질산아연은 강산 및 강알칼리성 염이기 때문에 인산아연 침전 가능성을 최소화할 수 있는 가능성이 있어 인이 ZnO 나노막대에 성공적으로 포함될 가능성을 높일 수 있다[16]. ZnO 나노로드의 인 도핑은 고유한 n형 전도도로부터 p형 전도도를 유도하는 것으로 알려져 있으며[7, 27, 28], 이는 인 원자의 도핑을 더욱 검증할 것입니다.
홀 효과 측정을 사용하여 전도도 유형, 도핑 농도 및 전하 캐리어의 이동성과 같은 전기적 특성에 대한 인 도핑의 영향을 조사합니다. 일반적으로 나노로드 및/또는 나노와이어의 홀 효과 측정은 1차원 기하학으로 인해 매우 어렵습니다. 따라서 단일 나노로드의 홀 측정이 아마도 가장 정확한 측정임이 분명합니다. 그러나 이 방법은 까다로운 가공 절차를 필요로 하는 부서지기 쉽고 밀도가 낮은 나노로드 또는 나노와이어에 대부분 유효합니다[45]. 이 경우 홀 효과 측정은 전도성 매질로 ZnO 나노로드 아래의 Al 도핑된 ZnO 시드 층에 의해 가능합니다. 전류 흐름의 매개체로서 Al 도핑된 ZnO 시드 층의 전기적 불완전성으로 인해 측정은 ZnO 나노막대의 실제 전기적 특성을 과소평가할 수 있습니다. 그러나 결과는 아직 NH4 H2 (PO4 )2 M 비율은 ZnO 나노로드의 전기적 특성을 변경합니다. NH4에 대한 캐리어 농도, 홀 계수 및 이동성의 의존성 H2 (PO4 )2 M 비율은 각각 그림 3c, d, e에 나와 있습니다. 0%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% 및 1% M 비율에 대한 운반체 농도는 - 6.1 × 10 15 입니다. , − 4.0 × 10 15 , − 3.4 × 10 15 , 1.6 × 10 15 , 7.8 × 10 15 및 1.67 × 10 9 cm −2 , 각각. NH4의 0.2% 미만 샘플의 도핑 농도에서 음의 부호 H2 (PO4 )2 M 비율은 n형 전도도를 나타내고 나머지 샘플의 양의 부호는 p형 전도도를 나타냅니다. 실제로, ZnO 나노로드는 산소 결손 관련 결함 및/또는 Zn 간극의 존재로 인해 고유한 n형 전도성을 나타내지만 세부 사항은 논란의 여지가 있습니다[7, 27, 28]. 그러나 NH4가 증가함에 따라 H2 (PO4 )2 M 비율인 ZnO 나노로드는 고유의 음의 전도도를 보상하여 점차 p형 나노로드로 변형되고 있습니다. 인의 혼입에 의한 p형 전도도는 ZnO 박막에서도 관찰된다[29,30,31]. 한편, NH4의 1%에 해당하는 나노로드는 H2 (PO4 )2 M ratio는 이전 보고들과 상당히 다른 행동을 보였다. 그림 3c와 같이 NH4의 0.5%에 해당하는 샘플 H2 (PO4 )2 M 비율은 7.8 × 10 15 부근에서 가장 높은 캐리어 농도를 나타냈습니다. cm −2 1.67 × 10 9 까지 떨어집니다. cm −2 NH4가 나오자마자 갑자기 H2 (PO4 )2 M 비율이 1%로 증가했습니다. 우리는 이 변화가 ZnO에서 인의 양쪽성 거동 때문이라고 가정합니다[27]. 인은 인이 산소 자리(PO)를 대체하는지 여부에 따라 수용체 또는 공여체로 작용합니다. ) 또는 Zn 사이트(PZn ), 각각. ZnO에서 p-형 도펀트의 용해도가 낮다는 것이 [27]에 보고되었다. 이러한 체제에서 용해도 한계를 초과하는 과잉 인의 결합은 Zn 부위를 대체하고 PO로 스스로를 보상합니다. 따라서 p형 전도성을 잃을 수 있습니다. 인의 용해도 한계는 약 10 20 입니다. cm −3 Zn3일 때 P2 ZnO 매트릭스에 인 도핑을 목적으로 사용되어 왔다[27]. 그러나 NH4로 p형 ZnO를 성장시킬 때 인의 용해도 한계가 얼마인지 명확하게 말할 수는 없습니다. H2 (PO4 )2 열수 공정을 통해 이루어지지만 용해도 한계는 약 7.8 × 10 15 이어야 합니다. cm −2 . 캐리어 농도는 [16]에서 언급한 바와 같이 후열 어닐링 공정에 의해 증가될 수 있다는 점에 주목해야 합니다. 그러나 어닐링 과정은 캐리어 농도뿐만 아니라 나노로드의 직경, 길이 및 밀도를 예기치 않게 변경합니다[16]. 따라서 본 연구에서는 나노로드의 어닐링을 고려하지 않았다. 홀 계수(R H ) 반도체의 경우 R H = 1/n ㄷ 이 [32], 여기서 n ㄷ 는 전하 캐리어의 농도를 나타내며, 그 부호는 n형 및 p형 반도체에 대해 각각 음수 및 양수이며, 여기서 전하 캐리어는 각각 전자 및 정공입니다. R의 변형 H (그림 3d에 표시)는 ZnO 나노막대에서 n형에서 p형으로 전도도의 변환을 추가로 확인합니다. 홀 계수와 이동도는 μ =σR 방정식과 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. H [32], 여기서 σ 전기 전도도를 나타냅니다. 이동도는 홀 계수에 정비례하므로 도핑 농도의 함수로서의 이동도의 변화도 R의 특성을 따릅니다. H 곡선(그림 3e 참조).
그림 4a는 확산 반사율 기하학에서 측정된 도핑되지 않은 샘플과 인이 도핑된 샘플의 정규화된 반사율을 보여줍니다. 반사 스펙트럼에서 약 380 nm의 급격한 감소는 ZnO 샘플의 광학 밴드갭을 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 도핑 후 테일링 효과는 급격한 감소에서 확인할 수 있으며, 이는 ZnO 나노로드에 인을 도핑하여 광학 밴드갭의 변화를 나타냅니다. 이 샘플의 광학 밴드갭을 결정하기 위해 반사 스펙트럼에서 얻은 Kubelka-Munk(KM) 함수를 사용했습니다. KM 함수(F (R )) 반사율은 F로 표시됩니다. (R ) = (1−R) 2 /2R [33], 여기서 R 해당 KM 함수가 Tauc 관계를 사용하여 플롯된 샘플의 반사율을 나타냅니다(그림 4b 참조). 모든 샘플의 광학 밴드갭은 그림 4b의 삽입에 표시된 이러한 Tauc 플롯에서 추정되었습니다. 도핑되지 않은 ZnO 샘플의 밴드갭은 3.28 eV인 것으로 밝혀졌으며, 이는 NH4까지 3.18 eV로 감소합니다. H2 (PO4 )2 M 비율이 0.1%이면 밴드갭이 이 농도 이상으로 증가하며 1% NH4의 경우 3.26 eV에 도달합니다. H2 (PO4 )2 M 비율. 여기에서 모든 샘플의 밴드갭이 3.18 및 3.28 eV 범위 내에 있음을 주목합니다. ZnO 나노로드의 밴드갭은 Tauc 플롯에서 얻어지지만 NH4의 변화에 따라 벗어납니다. H2 (PO4 )2 M 비율. 실제로 Tauc 플롯에서 밴드갭을 얻는 것은 이 기사에서 조사한 샘플에 대해 적절한 방법이 아닐 수 있습니다. 이것은 Tauc 플롯이 여기자 효과를 무시하기 때문입니다. 이 문제를 해결하기 위해 모든 샘플에 대해 PL 측정을 수행했습니다[49].
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정규화된 반사율(a ) 및 해당 Tauc 플롯(b ) 모든 샘플(삽입:NH4 H2 (PO4 )2 ZnO 나노로드의 광학 밴드갭의 M 비율 의존적 변화). ㄷ Al 도핑된 ZnO 시드층, 도핑되지 않은 ZnO 나노로드 및 인이 도핑된 ZnO 나노로드의 정규화된 PL 스펙트럼. d NH4의 함수로서 NBE 방출의 PL 피크 위치 H2 (PO4 )2 M 비율. 이 Al이 도핑된 ZnO 시드층에서 확대된 NIR 방출. 에 도핑되지 않은 및 도핑된 ZnO 나노로드 샘플의 DLE 방출 피크
그림 4c는 도핑되지 않은 및 인이 도핑된 ZnO 나노로드와 Al 도핑된 ZnO 시드층의 정규화된 PL 스펙트럼을 보여줍니다. 모든 스펙트럼은 두 개의 두드러진 피크로 구성되어 있음을 관찰할 수 있습니다. 하나는 UV 영역에 있고 다른 하나는 가시광선 및 NIR 영역을 포함하는 영역에 있습니다. UV 영역의 첫 번째 피크는 NBE(Near-Band-Edge Emission)와 관련이 있고 다른 피크/혹은 ZnO 나노막대에서 DLE(Deep Level Emission)와 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. 여기서 우리는 ZnO의 심층 방출의 기원이 논란의 여지가 있으며 다양한 종류의 결함 및/또는 공석에서 발생할 것으로 예상된다는 점에 주목합니다[34,35,36]. 따라서 그림 4c와 같이 이러한 스펙트럼의 비대칭을 고려하여 피크를 조심스럽게 분리했습니다. 이는 관찰된 방출의 기원에 대한 통찰력을 제공합니다. 여기서 deconvoluted 피크는 UV, 보라색, 노란색, 빨간색 및 NIR 방출에 해당한다는 점에 유의해야 합니다. 도핑되지 않은 ZnO 샘플의 ~ 379 nm에서 UV 방출(P1)은 밴드갭에 해당합니다(위에서 논의됨). 이 방출은 자유 여기자 전이로 인해 발생하는 ZnO의 특성을 나타냅니다[14]. PL로 얻은 밴드갭은 Tauc 플롯보다 10 meV 더 작습니다(그림 4b). 예를 들어, PL의 도핑되지 않은 ZnO 나노로드의 밴드갭은 379nm 방출에 해당하는 3.27 eV이고 Tauc 플롯의 밴드갭은 3.28 eV입니다. 이것은 아마도 스톡스 시프트(Stokes shift) 때문일 것이다[48]. 도핑 농도가 0에서 1%로 증가함에 따라 이 방출은 379에서 384 nm로 바소크로믹 이동을 겪습니다(그림 4d 참조). 이전 보고서에 따르면 인 도핑은 ~ 384 nm에서 방출을 유도하는데, 이는 DAP(donor-acceptor pair) 전이로 인한 것입니다[14, 25]. 따라서, 이 경우의 적색 편이는 ZnO 나노막대에서 인 유도 DAP 방출에 기인할 수 있다[8, 14]. 나노로드의 직경은 준 페르미 준위의 표면 대 체적비 의존 수에 대해서도 방출 파장에 영향을 미치며 직경이 150 nm보다 크면 이동이 심해지는 것으로 알려져 있다[44]. 그러나 조사된 나노로드의 최대 직경은 약 150 nm이고 나머지는 이 기사에서 150 nm 미만입니다. 따라서 우리는 직경 변화의 영향을 배제합니다. ~ 389 nm(도핑되지 않은 ZnO 나노막대 샘플에서)에서 관찰된 보라색 방출(P2)은 Zn 간극으로 인한 것이며, 도핑 후 방출도 389에서 408 nm로 적색 이동을 겪습니다[37]. 574–587 nm의 파장 범위 내에서 관찰된 노란색 방출(P3)은 격자간 산소 원자의 존재로 인한 것입니다[38, 39]. 과도한 산소 또는 아연 결손의 존재는 678–729 nm의 파장 범위를 포함하는 관찰된 적색 방출(P4)의 원인이 됩니다(그림 4c 참조). 노란색 및 빨간색 방출의 반치폭(FWHM)이 다른 방출에 비해 훨씬 더 높다는 것을 관찰할 수 있습니다. 여기서 우리는 디콘볼루션이 관찰된 피크의 비대칭에만 기반을 두고 있으며 이 두 피크가 하나 이상의 피크로 구성될 수 있다는 점에 주목합니다. 따라서 앞서 언급한 황색 및 적색 배출 내에서 녹색 및 주황색 배출이 각각 존재할 가능성을 배제할 수 없다. 한편, 근적외선 영역의 방출(P5)은 도핑의 함수로서 피크의 위치와 FWHM 모두에서 유의한 변화를 나타내지 않는 것으로 밝혀졌으며, 그 변동은 오차 막대(여기에는 표시되지 않음) 내에 있습니다. 우리는 여기에서 이 모든 샘플에서 유일한 공통 상수 인자가 현재의 경우 Al 도핑된 ZnO 필름인 시드층이라는 점에 주목합니다. 또한, 시드 층 단독의 PL 스펙트럼(그림 4c, e)은 예상대로 NIR 방출을 확인하며, 이는 그림 4e에서 확인할 수 있습니다. 또한, 시드 층의 PL 스펙트럼은 425 nm에서 또 다른 방출을 보여줍니다(그림 4c). 이것은 Al 도핑된 ZnO 시드 층의 특징적인 NBE 방출입니다[42]. 그러나 Al이 도핑된 ZnO 박막에서 NIR이 방출되는 이유는 아직 밝혀지지 않았습니다. 여기서 그림 4f와 같이 NBE 방출 변화를 변화시키면서 딥 레벨 방출의 피크 위치는 도핑 농도의 함수로 큰 변화를 겪지 않는다는 점에 유의해야 합니다. NH4에 관계없이 지속적인 피크 파장 H2 (PO4 )2 M 비율은 DLE 방출을 활용하는 가시 발광 장치를 설계하는 데 유리할 수 있습니다. 인이 도핑된 p형 ZnO 나노로드와 n형 기판인 p-n 접합으로 구성된 간단한 가시광 발광 소자 구조를 살펴보겠습니다. 이 경우, 인이 도핑된 p형 ZnO 나노로드는 발광 매체일 뿐만 아니라 전기 캐리어 주입 매체가 되어야 합니다. 효율적인 전기 캐리어 주입 매체가 되려면 인이 도핑된 ZnO 나노로드가 고도로 도핑된 것이어야 함은 말할 필요도 없습니다. 이러한 상황에서 인이 도핑된 ZnO 나노로드의 DLE 방출 파장이 인 농도 및/또는 캐리어 농도에 의존한다는 또 다른 조건을 가정해 보겠습니다. 그런 다음 방출 파장은 인이 많이 도핑된 ZnO 나노로드의 특정 방출 파장으로 고정되도록 강제됩니다. 효율적인 캐리어 주입 매체를 만들기 위해 캐리어 농도를 최대한 높게 유지하는 것 외에 다른 선택이 없기 때문입니다. 그러나 불행하게도 인이 많이 도핑된 ZnO 나노막대의 방출 파장은 우리가 발광 장치에서 기대하는 목표 방출 파장과 일치하지 않을 수 있습니다. 발광 장치 설계에 실패했습니다. 또한 실제 세계에서 인이 도핑된 ZnO 나노로드의 가시적인 DLE 방출 파장은 그림 4f와 같이 캐리어 농도에 따라 변하지 않습니다. 그렇다면 방출 파장을 어떻게 조정할 수 있습니까? 실제로 발광 장치를 설계할 때 고려해야 할 매개변수가 더 많습니다. 즉, DLE 방출 파장을 조정하기 위한 매개변수입니다. Simimol et al. [43] 및 기타 문헌에서는 어닐링 시 ZnO 나노로드가 방출 파장을 변화시켜 방출 스펙트럼을 조정하는 목적으로 사용될 수 있음을 나타냅니다. 이 경우, 캐리어 농도에 따른 인 도핑된 ZnO 나노로드의 지속적인 DLE 방출 파장은 발광 장치를 보다 간단하게 설계할 수 있습니다. 방출 파장을 조정할 때 고려해야 할 매개변수(어닐링)가 하나뿐이고 또 다른 매개변수(인 농도 또는 NH4)가 있습니다. H2 (PO4 )2 M 비율) 전기 캐리어 주입에서 별도로. 이러한 접근 방식은 인이 도핑된 ZnO 나노로드를 발광 장치를 제작하기 위한 플랫폼으로 만들 것입니다. 단품 열수 공정과 함께 가장 저렴한 경로로 가시 파장 범위에서. 또한 여기에서 UV 및 가시광선 방출 범위를 포함한 전자기 스펙트럼의 가장 중요한 영역에서 관찰된 방출이 생물학에서 광전자 장치에 이르는 광범위한 응용 분야에 흥미로울 것이라는 점에 주목합니다. 그러나 박막뿐만 아니라 ZnO 나노로드의 지속적인 p-형 도핑은 실제 장치 응용 분야에서 아직 도전적이라는 점은 주목할 만합니다. 다시 말해, 인이 도핑된 ZnO의 16개월 동안의 p형 전도도는 상당히 지속되지만[14], GaN:질화 갈륨, GaAs:비소 갈륨, InP와 같은 다른 무기 결정질 반도체와 비교할 수 없습니다. :인화인듐. 불안정한 p형 전도도는 고유한 고유 결함에 기인하며[46, 47] 결함의 정확한 제어에 대한 추가 연구가 필요합니다.
요약하면, ZnO 나노로드의 p형 전도도는 인 불순물을 도핑함으로써 효과적으로 달성되었습니다. ZnO 나노로드에 인을 성공적으로 도핑하면 나노로드의 길이와 직경이 향상됩니다. NH4의 함수에 따른 캐리어 농도, 이동성 및 홀 계수의 비정상적인 변화 H2 (PO4 )2 M 비율, 즉 인 농도가 관찰되었으며, 이는 인의 양쪽성 성질을 기반으로 설명되었습니다. Al이 도핑된 ZnO 시드층에서 성장한 열수 합성 ZnO 나노로드는 UV, 가시광선 및 NIR 영역을 포함한 3가지 다른 영역에서 PL 방출을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. UV, 보라색, 노란색, 빨간색 및 NIR 영역에서 관찰된 방출은 각각 NBE 방출, 아연 틈새, 산소 틈새, 과잉 산소(또는 아연 결손) 및 Al-도핑된 ZnO 시드 층의 특징적인 특징에 기인합니다. 흥미롭게도 이러한 나노막대에 인을 도핑하면 UV 방출이 변경되고 가시광선 및 NIR 방출에 영향을 미치지 않습니다. 인 결합에 의한 ZnO의 이러한 비정상적인 효과는 다양한 광전자 및 생물학적 응용에 적합할 수 있습니다.
딥 레벨 방출
헥사메틸렌테트라민
Kubelka-Munk 방법
니어밴드 에지 방출
Neodymium-doped yttrium aluminum garnet
Ammonium dihydrogen phosphate
근적외선
광발광
Oxygen sites in ZnO
Zinc sites in ZnO
무선 주파수
주사 전자 현미경
자외선
X선 회절
Zinc nitrate hexahydrate
산화아연
나노물질
초록 파킨슨병(PD)은 중뇌에서 도파민성 뉴런의 점진적인 소실을 특징으로 하며, 줄기 세포 이식 방법은 치료를 위한 유망한 전략을 제공합니다. 이러한 연구에서 생체 내 이식된 세포의 생물학적 행동을 추적하는 것은 줄기 세포 기능에 대한 기본 이해와 임상 효과 평가에 필수적입니다. 본 연구에서 우리는 열분해 방법과 2단계 개질을 통해 폴리아크릴산(PAA)과 메톡시폴리에틸렌글리콜아민(PEG)으로 코팅된 새로운 초소형 초상자성 산화철 나노입자를 개발했습니다. USPIO-PAA/PEG NP는 TEM 및 FTIR에서 볼 수 있듯이 10.0
전기 하네스를 만들기 위한 엔지니어링은 상당히 복잡하고 종종 많은 설계 시간이 필요합니다. 따라서 이 프로세스를 보다 빠르고 안정적으로 만들기 위해 E3.formboard 솔루션을 제시합니다. 이것은 동일한 프로젝트에서 하나 이상의 제작 도면을 사용하여 모든 시트 크기에서 제작 하네스 도면을 생성하기 위한 완벽한 솔루션입니다. 유연성은 정의 및 설계에서 제조 및 유지 관리에 이르는 전체 프로세스를 지원합니다. 아래에서 이 모듈에 대해 알아보십시오. 최적화된 제작 E3.formboard 구성에는 본딩, 클리핑, 내열성 및
