室温下, 通过直流磁控反应溅射在石英衬底上制备一系列钼掺杂氧化锌薄膜。 分别采用X射线衍射(XRD)、 原子力显微镜(AFM)、 分光光度计及拉曼光谱仪研究了钼掺杂浓度对氧化锌薄膜结构、 表面形貌、 光学性能和表面等离子体特性的影响。 XRD测试结果表明, 零掺杂氧化锌薄膜结晶良好, 呈c轴择优取向, 掺杂后薄膜缺陷增多, 结晶质量下降, 当掺杂浓度达到3.93 Wt%时, 薄膜由c轴择优取向的晶态转变为非晶态。 AFM测试结果表明非晶态掺钼氧化锌薄膜表面光滑, 粗糙度最低可达489 pm。 透射光谱表明所有薄膜样品在可见光范围(400～760 nm)平均透过率均达到80%, 禁带宽度随着掺杂浓度的提高从3.28 eV单调增加至3.60 eV。 吸收光谱表明氧化锌薄膜表面等离子体共振吸收峰随钼掺杂量的增大发生蓝移, 而拉曼光谱表明Mo重掺杂时ZnO薄膜表面拉曼散射信号强度显著降低。 通过Mo掺杂获得非晶态氧化锌薄膜, 拓宽了氧化锌薄膜材料的应用领域, 同时研究了Mo掺杂浓度对氧化锌薄膜表面等离子体的调控作用, 这对制备氧化锌基光子器件具有重要参考价值。

用水热法以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH为原料, 分别以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙烯吡咯烷酮-K30(PVP-K30)、聚乙二醇400(PEG400)、乙二胺四乙酸(EDTA)为添加剂, 制备钼掺杂的纳米ZnO。扫描电镜(SEM)结果表明, 通过改变添加剂的种类可以合成不同形貌钼掺杂的ZnO; X射线衍射(XRD)结果表明, 掺杂的ZnO纳米粉体为六方纤锌矿结构, 随着钼掺杂浓度的增加, 衍射峰强度明显增大, 结晶质量得到明显改善; 室温下的光致发光(PL)图谱表明, 掺杂的样品在385 nm处有一紫光发射峰, 在约572 nm处有一绿发光射峰, Mo掺杂后明显提高了样品的发光强度。

用反应蒸发法制备的掺钼氧化铟(In₂O₃:Mo,IMO)薄膜在可见光区域的平均透射率(含1.2 mm厚玻璃基底)超过80%,电阻率最低达1.7×10^-4 Ω^.cm.采用等离子振荡波长法、van-der-Pauw法和光谱拟合法等三种方法对IMO薄膜和ITO薄膜的载流子浓度进行了测量和比较,结果表明IMO薄膜的载流子浓度还不到ITO薄膜的三分之一.因此,IMO薄膜对可见光的吸收小,有很大的发展空间可以通过提高载流子浓度而进一步提高电导率,对近红外线也有较高的透射率,有利于拓展透明导电薄膜的应用领域.

在实用的透明导电氧化物(TCO)薄膜中,载流子迁移率主要是受电子与掺杂离子之间散射的限制.如果掺杂离子与氧化物中被替代离子的化合价相差较大,每个掺杂离子可以提供较多的自由载流子,则使用较少的掺杂量就可以获得足够多的自由载流子,而且可以获得较高的载流子迁移率和减少薄膜对可见光的吸收,是提高TCO薄膜性能的一条捷径.采用反应蒸发法制备的掺钼氧化铟(In₂2O₃:Mo,简称IMO)薄膜中,Mo⁶⁺与In³⁺的化合价态相差3,远大于广泛研究和应用的TCO薄膜材料In₂O₃:Sn、SnO₂:F和ZnO:Al中的价态差.IMO薄膜的电阻率可以低至1.7×10^-4Ω·cm,对4 μm以上波长红外线的反射率和可见光区域的平均透射率(含1.2 mm厚玻璃基底)都高于80%;载流子迁移率高达80～130cm²V^-1s^-1,远超过其它掺杂TCO薄膜;但是自由载流子浓度只有2.5×10²⁰～3.5×10²⁰cm^-3,还有很大的发展空间可以进一步提高性能.