Влияние примеси Al на электрофизические свойства пленок ZnO

С.И. Рембеза, Р.Е. Просветов, Е.С. Рембеза ORCID logo , А.А. Винокуров, В.А. Макагонов, Б.Л. Агапов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 27 февраля 2019; Исправлена: 04 мая 2019; Принята: 07 мая 2019
Цитирование: С.И. Рембеза, Р.Е. Просветов, Е.С. Рембеза, А.А. Винокуров, В.А. Макагонов, Б.Л. Агапов. Влияние примеси Al на электрофизические свойства пленок ZnO. Письма о материалах. 2019. Т.9. №3. С.288-293
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-3-288-293

Аннотация

Представлены результаты исследования свойств пленок ZnO, легированных Al от 1 до 5 % ат., полученных при помощи ионно-лучевого распыления. Пленки имеют высокую прозрачность (70-90 %) в видимом диапазоне спектра и обладают высокой электропроводностью.В работе представлены результаты исследований структуры, электрических и оптических свойств пленок ZnO с содержанием Al от 1 до 5 ат.%, полученных методом ионно-лучевого распыления составной керамической мишени в атмосфере аргона. Составная мишень представляет собой прямоугольную керамическую пластину ZnO с несколькими полосами корунда Al2O3, неравномерно распределенными на поверхности ZnO. За один цикл напыления были получены 10 образцов с концентрацией алюминия от 1 до 5 ат.% по данным энергодисперсионного анализа вторичных электронов. Сразу после напыления пленки ZnO были частично кристаллизованы и содержат одну фазу гексагонального вюрцита с увеличенными параметрами а и с. Размер зерна пленок оценивался по формуле Шеррера и показал тенденцию к изменению размеров зерен по мере увеличения концентрации Al в пленках ZnO. Данные рентгеноструктурного анализа подтверждены исследованием морфологии поверхности с помощью атомно-силовой микроскопии. Измерение электрических параметров пленок показали, что наименьшее удельное сопротивление (~ 4 ·10−3 Ом · см) наблюдается в пленках ZnO с 1 ат.% Al. По мере увеличения концентрации Al в ZnO удельное сопротивление пленок возрастает, достигая значения ρ = 250 Ом · см при 5 ат.% Al. Рассмотрена возможная модель влияния примеси Al на электрические свойства пленок ZnO. Исследования оптических свойств образцов показали, что все пленки отличаются высокой прозрачностью (~ 70 ÷ 90 %) в видимом диапазоне света. По интерференционным полосам пропускания приведена оценка величины коэффициента преломления пленок ZnO : Al. Из спектров поглощения света определены значения ширины запрещенной зоны образцов ZnO : Al и установлено небольшое увеличение ширины запрещенной зоны ZnO : Al с увеличением концентрации Al в пленках. Обсужден механизм такого поведения примеси Al в ZnO. Рассмотрены возможные сферы применения пленок ZnO с примесью Al.

Ссылки (22)

1. Z. L. Wang. J. Phys. Condens. Matter 2016. 16, 829 (2004). Crossref
2. S. T. Shishiyanu, T. S. Shishiyanu, O. I. Lupan. Sens. Actuator B-Chem. 107, 379 (2005). Crossref
3. J. F. Wager. Science. 300, 1245 (2003). Crossref
4. L. J. Mandalapu, Z. Yang, S. Chu, J. L. Liu. Appl. Phys. Lett. 92, 122101 (2008). Crossref
5. K. L. Foo, M. Kashif, U. Hashim, W. W. Liu. Ceram Int. 40, 753 (2014). Crossref
6. Y. Liu, Y. Li, H. Zeng. J. Nanomater. 2013, 196521 (2013). Crossref
7. T. Jannanea, M. Manoua, A. Liba, N. Fazouan, A. El Hichou, A. Almaggoussi, A. Outzourhit, M. Chaik. J. Mater. Environ. Sci. 8 (1), 160 (2017).
8. N. A. Lashkova, A. I. Maximov, A. A. Ryabko, A. A. Bobkov, V. A. Moshnikov, E. I. Terukov. Semiconductors. 50, 1254 (2016). (in Russian) [Н. А. Лашкова, А. И. Максимов, А. А. Рябко, А. А. Бобков, В. А. Мошников, Е. И. Теруков. Физика и техника полупроводников. 50 (9), 1276 (2016).]. Crossref
9. F. Choikh, Y. Beggah, M. S. Aida. Int. J. Thin Film Sci. Tech. 3 (2), 51 (2014). Crossref
10. P. Gondoni, M. Ghidelli, F. Di Fonzo, V. Russo, P. Bruno, J. Marth-Rujas, C. E. Bottani, A. Li Bassi, C. S. Casari. Thin Solid Films. 520, 4707 (2012). Crossref
11. X. Wang, X. Zeng, D. Huang, X. Zhang, Q. Li. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 23, 1580 (2012). Crossref
12. A. A.-G. Farrag, M. Balboul. J. Sol-Gel Sci. Technol. 82, 269 (2017). Crossref
13. J. C. Fan, K. M. Sreekanth, Z. Xie, S. L. Chan, K. V. Rao. Prog. Mater. Sci. 58, 874 (2013). Crossref
14. A. D. Pogrebnjak, A. A. Muhammed, E. T. Karash, N. Y. Jamil, J. Partyka. Przeglad Elektrotechniczny. 89 (3), 315 (2013).
15. I. V. Babkina, O. V. Zhilova, Y. Y. Kalinin, V. A. Makagonov, O. I. Remizova, A. V. Sitnikov. Letters on Materials. 8 (2), 196 (2018). (in Russian) [И.В. Бабкина, О.В. Жилова, Ю.Е. Калинин, В.А. Макагонов, О.И. Ремизова, А.В. Ситников. Письма о материалах. 8 (2), 196 (2018).]. Crossref
16. I. S. Ilyaushev, Yu. E. Kalinin, V. A. Makagonov, S. Yu. Pankov, A. V. Sitnikov. Bulletin of Voronezh state technical University. 13 (5), 100 (2017). (in Russian) [И. С. Ильяшев, Ю. Е. Калинин, В. А. Макагонов, С. Ю. Панков, А. В. Ситников. Вестник Воронежского государственного технического университета. 13 (5), 100 (2017).].
17. S. Mridha, D. Basak. J. Phys. D. Appl. Phys. 40, 6902 (2007). Crossref
18. W. H. Hirschwald. Acc. Chem. Res. 18 (8), 228 (1985). Crossref
19. C.-L. Tang, H.-Y. Lin, C.-K. Chang, C.-J. Tang. Adv. Condens. Matter Phys. 2018, 2647282 (2018). Crossref
20. J. I. Pankove. Optical processes in semiconductors. New Jersey, Englewood Cliffs (1971) 422 p.
21. N. Baydogan, T. Ozdurmusoglu, H. Cimenoglu. Defect and Diffusion Forum. 334 - 335, 290 (2013). Crossref
22. I. Juhnevica, M. Masonkina, G. Mezinskis, A. Gabrene. Material Science and Applied Chemistry. 31, 33 (2015). Crossref

Другие статьи на эту тему