SCOPUS
SCIE
Work function tuning and fluorescence enhancement of hydrogen annealed Ag-doped Al-rich zinc oxide nanostructures using a sol–gel process
저자
Khan, Firoz ; Baek, Seong-Ho ; Lee, Jae Young ; Kim, Jae Hyun
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2015
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
566-572(7쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Effect of incorporation of Ag on the structural, optical, electrical, and fluorescence properties of sol–gel derived Al-rich zinc oxide (ZnO:Al:Ag) nanostructured films was studied. The E<SUB>g</SUB> of the film slightly decreased to a minimal value with Ag doping, and was found to be about 3.65 eV for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1% from its initial value of 3.72 eV (R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 0%). The WF sudden increased to a maximal value of 5.12 eV with Ag doping (for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1%) from its initial value of 4.73 eV for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 0% due to substitution of Ag into Zn sites until saturation was achieved (R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1%). After more Ag doping, WF started to decrease and finally, reached a value of 4.81 eV for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 3% because of the formation of an impurity-defect energy level below the intrinsic Fermi level of ZnO. With Ag-doping, the current increased up to R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1% due to the increase in carrier density. For R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 3% doping, the current density started to increase due to the influence of metallic Ag. The defective peak position was blue shifted, with increased Ag-doping, from 536 nm (R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1%) to 527 nm for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 2% due to the sizes of the Ag<SUP>+</SUP> and Zn<SUP>2+</SUP> ions. The FL defective peak intensity (I<SUB>D</SUB>) in the green region increased with the concentration of Ag used for doping, up to R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 2%. The enhancement in the I<SUB>D</SUB> may be due to charge difference between the Zn<SUP>2+</SUP> ions, caused by Ag<SUP>+</SUP> ions.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Structural, optical, electrical, and fluorescence properties are studied. </LI> <LI> Various types of nanostructure are formed using heat treatment under hydrogen. </LI> <LI> The work function and optical band-gap are tuned via Ag doping. </LI> <LI> A 30 fold enhancement fluorescence is obtained with Ag doping. </LI> <LI> The shifting of the FL positions is due to the size of Ag<SUP>+</SUP> and Zn<SUP>2+</SUP> ions. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>The effect of incorporation of Ag doping on the structural, optical, electrical, and fluorescence properties of sol–gel derived Al-rich zinc oxide (ZnO:Al:Ag) nanostructured films was studied. By Ag-doping, the lowest R<SUB>λ</SUB> is blue shifted to R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 2% and finally red shifted for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 3% due to variation of optical thickness of the film. The E<SUB>g</SUB> of the film slightly decreased to a minimal value with Ag doping, and was found to be about 3.65 eV for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1% from its initial value of 3.72 eV (R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 0%). A maximal value of 5.12 eV with Ag doping for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1% from its initial value of 4.73 eV for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 0%. With The defective peak position was blue shifted, with increased Ag-doping, from 536 nm (R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 1%) to 527 nm for R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 2% due to the sizes of the Ag<SUP>+</SUP> and Zn<SUP>2+</SUP> ions. The FL defective peak intensity (I<SUB>D</SUB>) in the green region increased with the concentration of Ag used for doping, up to R<SUB>Ag/Zn</SUB> = 2%. The enhancement in the I<SUB>D</SUB> may be due to charge difference between the Zn<SUP>2+</SUP> ions, caused by Ag<SUP>+</SUP> ions.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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