低能氩辐照在ZnO中引入的可控缺陷

我们报道了在1.2 MeV Ar8+离子辐照的ZnO中观察到的有趣现象，据我们所知，这些现象此前尚未发表，并将对从事ZnO研究的科学界有所裨益。初始注量1×10^15 ions/cm^2的辐照使样品颜色从白色变为橙色，而最高注量辐照则使其变为深红棕色，外观呈黑色。这种颜色变化可与氧空位型缺陷相关联。X射线衍射（XRD）线宽展宽显示，辐照样品的晶粒尺寸没有显著变化。扫描电子显微镜（SEM）图像清晰可见，最高注量辐照下因溅射导致的表面粗糙度增加。未辐照样品的室温光致发光（PL）光谱显示出强烈的紫外（UV）发射（~3.27 eV）和不太显著的缺陷能级发射（2-3 eV）。初始辐照注量使整体发射大幅猝灭。但随着注量增加，紫外发射增强，同时伴随显著的缺陷能级发射。值得注意的是，与未辐照样品相比，最高注量辐照样品的电阻率降低了四个数量级。这表明辐照增加了施主浓度及其迁移率。氧空位是ZnO中的深施主，但它们无疑会影响浅施主（可能与锌填隙相关）的稳定性，反之亦然。这与最近的理论计算结果一致。