探究5.6ZnO透明陶瓷的光电性能

表5−3给出了5.0 GPa和不同温度制备的ZnO陶瓷的霍尔检测结果。从表中可以看出，在压力为5.0 GPa，温度为770～830℃的条件下，获得的n型ZnO陶瓷的载流子浓度为1×10^17、18cm^-3，电阻率为0.57～62 Ω·cm，迁移率为17～36 cm²/V·s。其中，4.0 GPa和800℃的条件下制备的ZnO陶瓷的电学性质最好，其载流子浓度为8.36×10¹⁸ cm^-3，电阻率为0.57 Ω·cm，迁移率为23 cm²/V·s。

表5-3 在5.0 GPa和不同生长温度下制备的ZnO陶瓷的电学性能

图5−8为粉体和在5 GPa、800℃的条件下制备的ZnO陶瓷的室温吸收谱。从图中可以看出，同粉体吸收边相比，4 GPa、800℃的条件下制备的ZnO样品吸收边发生了蓝移。另外我们计算了5 GPa、800℃条件下制备的ZnO样品的光学禁带宽度E_g。ZnO是一种直接带隙半导体材料，其吸收系数a满足关系式^[13]。

a²=A(hν−E_g) （5−3）式中，A为常数；hν为光子能量。由式（5−3）便可得到ZnO的光学禁带宽度。粉体的ZnO材料的E_g约为3.18 eV，4 GPa、800℃条件下制备的ZnO样品的光学禁带宽度为3.31 eV。结合XRD结果，我们认为发生带隙蓝移可能是晶胞体积的收缩引起带隙变化。

图5−9为5 GPa、800℃条件下制备的ZnO样品在室温和低温（77K）时的光致发光谱。从图5−9中可以看出5 GPa、800℃条件下制备的ZnO样品在室温下的发光峰位于3.31 eV，半峰宽为87 meV，对应于紫外光范围，发光峰归结为来自于带边自由激子复合发光。低温下发光峰的位置位于其中3.36eV、3.31eV和3.24eV处的发光峰分别来源于FX、FX-LO和FX-2LO。另外，3.14 eV处有一个发光峰，根据Lin^[14]等人的研究结果以及800℃条件下制备的ZnO样品的EDS的表征结果，我们将其归结为Zn_i。(www.xing528.com)

图5-8 室温条件下ZnO的吸收谱（a为初始粉体ZnO，b为5 GPa、800℃的条件下制备的ZnO陶瓷）

图5-9 在5 GPa、800℃条件下制备的ZnO陶瓷在室温和低温（77K）时的光致发光谱