光学性质的呃^{3 +}再版CdIn₂O₄和CdIn₂O₄晶体

文摘

CdIn₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体被固态烧结CdO和成长₂O₃与ErCl₃。x射线衍射分析表明,CdIn₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}采用立方结构与各自的晶格常数 一个和 一个。获得的光学吸收光谱基本吸收边附近的表明这些化合物有直接能量带隙。光致发光(PL)光谱CdIn₂O₄:呃^{3 +}获得630 - 700 nm波长范围在294 K显示峰值在该地区的651 - 686 nm和八个锋利的发射峰由于Er^{3 +}离子。这些PL峰是由辐射的电子能级分裂之间的转换^{3 +}离子占据的^{3 +}网站的CdIn₂O₄主晶格。

1。介绍

CdIn₂O₄的三元半导体A-B-X组成,是一种n型半导体的立方结构,结晶Fd3m空间群。CdIn₂O₄有一个广泛的光学能隙和研究由于其高导电性和透明性在可见光区域。CdIn₂O₄材料是应用于气体传感器和太阳能电池等设备,平板显示器,无形的安全电路和挡风玻璃除冰装置(1- - - - - -5]。能源缺口,晶体结构,光致发光(PL)的纯CdIn₂O₄研究了(4- - - - - -6),但没有一项研究了纯CdIn₂O₄掺杂4 f的物种。作为方法的复合半导体的电阻变化和扩大光电灵敏度的光能量区域,与4 f掺杂的影响材料的电化学特性应该被评估。虽然基本特征等现象,光催化活性,和评估CdIn光电化学分解水₂O₄晶体(7,8)掺杂C和N,能源缺口和CdIn的光致发光光谱₂O₄:呃^{3 +}没有被记录。在这项研究中,能源缺口,CdIn的光致发光光谱和晶体生长₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}材料结晶的温度在- 900、1000和1050°C。

2。材料和方法

增长的CdIn₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}水晶晶体是通过采用高纯度(5 N) CdO和₂O₃粉;这些化合物的混合物基于体重磁搅拌2 h,和高纯度乙醇的摩尔比率增加了1:1。使均匀混合粉,混合放入一个球瓶,与混合器混合机(Retsch, 200年,德国)和放置在一个带盖子的氧化铝坩埚和坩埚被放置在一个石墨坩埚和充满了活性炭。石墨坩埚放置在低温马弗炉的中心(美国F48010-26 Thermolyne),首次增加和温度从室温到800°C的升温速率5°C /分钟,其次是烧结为12小时。烧结粉末样本是在氧化铝坩埚,甚至达到粉混合。在混合器厂再次冲奶粉了大约5小时。石墨坩埚放置在炉的中心,在炉内的温度(美国F46120CM-33 Thermolyne),配备自动恒温器控制的公差内室温1°C。石墨坩埚放置在炉的中心在900 ~ 1050°C。温度提高2°C的速度/分钟和24小时保持常数;晶体逐渐冷却速度下降10°C /分钟。 The amount of erbium added as an impurity was 1.00 mol%. The structure of the CdIn₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}分析了晶体x射线衍射仪(D / MAX-3C Rigaku有限公司,日本)。x射线衍射模式的强度峰值被记录在不同的2θ下角从2°- 155°与Cu-K辐照_α射线的波长1.5405。x射线衍射模式从测量获得的间隔和峰值强度与晶体的飞机提供的JCPDS卡片(04-009-5478),和测量晶面的衍射模式进行调查。晶格常数计算使用Nelson-Riley和莱利(9)的关系。晶体的光学吸收特性进行了评估200 ~ 850 nm范围内通过使用UV-VIS-NIR分光光度计(u - 3501、日立、日本)。确定光学带隙能量、光吸收系数(α)相应的能量()辐射的吸收光谱和光学能量区间计算获得。使用双谱仪(PL特征进行评估 500年摄谱仪,阿克顿,美国)与PL测量装置包括一个电荷耦合装置(CCD, PI-MAX3,普林斯顿本月。有限公司IRY1024,美国)。PL测量,266海里的二极管泵浦固体激光器(离散长)作为激励源。

3所示。结果与讨论

3.1。晶体结构

图1显示了CdIn的x射线衍射模式₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体。图1(一)显示了x射线衍射的CdIn模式₂O₄准备在900、1000和1050°C。对于纯CdIn₂O₄晶体,不同的衍射峰(311),(511)和(440)飞机观察。当温度从900增加到1050°C的峰值(311)飞机成为主导。图1 (b)显示了x射线衍射的CdIn模式₂O₄:呃^{3 +}准备在900、1000和1050°C。CdIn的衍射图样₂O₄:呃^{3 +}晶体(图铒掺杂1.00 mol %1 (b))是CdIn一样₂O₄。图1 (b)还表明,薄膜的主要增长的飞机是(311)面。x射线衍射实验模式的比较与CdIn JCPDS卡片显示₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体有一个立方晶体结构。

CdIn的晶格常数₂O₄晶体得到使用Nelson-Riley [9]修正公式,给出各自的价值 、9.1661和9.1655的样品准备在900年,1000年和1050°C,而晶格常数 从JCPDS卡片。晶格常数时掺杂后确定为1.00摩尔% Er^{3 +}观察,略微减少用于晶体生长的温度,的值 、9.1664和9.1661得到的样品准备在900年,1000年和1050°C。

3.2。能源缺口,光致发光

图2(一个)显示了CdIn的能隙₂O₄晶体的温度在- 900,1000,和1050°C分别为= 2.779,2.842,和2.879 eV。图2 (b)显示了CdIn的能隙₂O₄:呃^{3 +}晶体的温度在- 900,1000,和1050°C分别为= 2.820,2.852,和2.866 eV。在1050°C的生长温度,CdIn的能隙₂O₄:呃^{3 +}相对的纯CdIn下降₂O₄,从2.879到2.866 eV。能源缺口减少因为Er^{3 +},替换CdIn铟₂O₄晶体,形成一个杂质能级之间的价带和导带。

光学能隙,如直接半导体的能带结构可以从下面的推导关系(10]: 在哪里α是附近的光学吸收系数基本吸收边缘和是入射光子的能量。直接带隙能量(时可以获得) 。图2(一个)显示了CdIn₂O₄晶体;直接从图获得的能量带隙2(一个)通过外推,给的值CdIn = 2.779 ~ 2.879 eV₂O₄水晶在294 K。图2 (b)是阴谋与hν为CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体的基本光学吸收边附近。光学带隙能量()CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体在294 K 2.820 ~ 2.866 eV,接近3.0 eV (11]。

图3显示了CdIn的光致发光光谱₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体,测量在250 ~ 950 nm波长在294 K。为CdIn₂O₄晶体(图3(一个)),光致发光峰的位置变化与提高晶体生长温度。为CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体(图3 (b)),当晶体生长的温度增加,发射峰的位置没有改变和狭窄和夏普PL峰由于铒观察杂质在630 ~ 700 nm地区。这些PL峰解释为因分离的电子能级之间的电子转移^{3 +}离子。图4显示了CdIn的光致发光光谱₂O₄:呃^{3 +}晶体生长在1050°C 630 ~ 700 nm的波长范围。

图4也显示了CdIn的光致发光光谱₂O₄:呃^{3 +}晶体,测量在630 ~ 700 nm波长在294 K。八个狭窄和夏普PL峰由于铒杂质被观察到在651 ~ 686纳米波长的地区。CdIn₂O₄结晶与Fd3m立方结构空间群。每个组件的离子半径CdIn₂O₄水晶如下:Cd^{2 +}:0.97,^{3 +}:0.81,O²⁻:0.14。Er的离子半径^{3 +}是0.88。当添加到CdIn铒₂O₄晶体,添加的铒最有可能进入^{3 +}网站由于相似的离子半径;因此,合并CdIn铒₂O₄:呃^{3 +}水晶占据了一个C_{3 v}对称(12]。

4所示。结论

CdIn₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}晶体生长在高温电炉,及其晶体结构和光学特性进行了分析。CdIn的晶体结构₂O₄和CdIn₂O₄:呃^{3 +}由x射线衍射晶体,立方,晶体直接转换类型能带结构。在1050°C的生长温度,CdIn的能隙₂O₄:呃^{3 +}相对的纯CdIn下降₂O₄,从2.879到2.866 eV。铒代替CdIn铟₂O₄:呃^{3 +}水晶和狭窄和尖锐的峰值出现在651 ~ 686 nm的地区由于这种效果。这些山峰解释为Er的电子能级之间的转换^{3 +}离子位于C的网站_{3 v}对称。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。

引用

1. 名,g .穆尔塔扎r . Khenata m . Yousaf和s·默罕默德,”立方尖晶石CdX的电子和光学性质₂O₄(al X =, Ga)通过修改Becke-Johnson潜力,”中国物理快报没有,卷。31日。6,067401 - 067404年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. a . Bouhemadou r . Khenata d·瑞秋f . Zerarga和m . Maamache“尖晶石氧化物的结构、电子和光学性质:镉酸酯和镉有效期,”欧洲物理应用物理》杂志上,38卷,不。3、203 - 210年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. e·j·j·马丁,m .严m . Lane j .爱尔兰,c . r . Kannewurf r·p·h·张,“多层透明导电氧化物薄膜的性质,”薄固体电影,卷461,不。2、309 - 315年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 吴x、t . j . Coutts和w·p·穆里根“透明导电氧化物的性质由CdO和氧化锌与SnO合金₂而在₂O₃”,真空科学与技术学报A:真空,表面,和电影,15卷,不。3、1057 - 1062年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. z Szklarski、k . Zakrzewska和m .河“薄氧化膜作为气体传感器,”薄固体电影卷,174年,第275 - 269页,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. f·f·杨,l .方s . f . Zhang et al。”CdIn的结构和电气性能₂O₄薄膜由直流反应磁控溅射,”应用表面科学,卷254,不。17日,第5486 - 5481页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. y太阳,j·m·桑顿:a . Morris r . Rajpura s henk和d·阿布“光电化学纯的评价和C-doped CdIn₂O₄薄膜电极。”国际期刊的氢能源,36卷,不。4、2785 - 2793年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. t . y . Leswifi合成及光化学研究n型混合氧化物固溶体光催化剂在可见光下Irratiation制氢密西根科技大学ProQuest LLC,安阿伯市,美国,2015年。
9. j·b·纳尔逊·d·p·莱利,“外推方法的试验研究精确的晶胞尺寸晶体的推导,”美国物理学会学报》上卷,57号3、160 - 177年,1945页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. j . i Pankove在半导体光学过程,多佛的出版物,纽约,纽约,美国,1971年。
11. d . Ko, k . r . Poeppelmeier d . r . Kammler et al .,“阳离子分布透明导体和尖晶石氧化物溶液Cd_{1 + x}在_2-2xSn_xO₄”,固态化学杂志》上,卷163,不。1,第266 - 259页,2002。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. g . h . Dieke稀土离子的光谱和Enerygy水平晶体威利,纽约,1968年。

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