Нанокристалічні плівки ZnO на різних підкладках: дослідження їх структурних, оптичних та електричних характеристик
Анотація
Оксид цинку (ZnO) – це універсальний напівпровідниковий матеріал із широкою забороненою зоною та великою енергією зв’язку екситонів, що робить його придатним для цілого ряду оптоелектронних застосувань, у тому числі синіх і ультрафіолетових світлодіодів (світлодіодів) і лазерів. У цьому дослідженні ми досліджуємо осадження плівок ZnO на різних підкладках (Si, сапфір, GaAs, GaP) за допомогою термічного окислення, економічно ефективної альтернативи молекулярно-променевої епітаксії (MBE) і хімічного осадження з газової фази (CVD). Ми представляємо комплексний аналіз структурних, оптичних і електричних властивостей цих плівок, зосереджуючись на їх потенціалі для використання в гетероперехідних діодах. Експериментальна методика передбачала термічне випаровування плівок Zn у вакуумній камері з подальшим окисленням в атмосфері чистого кисню. Умови осадження були оптимізовані для отримання нанокристалічних плівок ZnO з переважною орієнтацією, що підтверджено рентгенівським дифракційним аналізом (XRD). Вимірювання оптичного пропускання показало збільшення ширини забороненої зони, тоді як спектри фотолюмінесценції (PL) виявили рівномірну та підвищену цілісність кристалів у зразках. Електричні характеристики гетероперехідних діодів на основі ZnO на різних підкладках показали відмінні електричні характеристики з варіаціями струму витоку та коефіцієнта ідеальності [1-4]. Питомі опори плівок ZnO, розраховані за лінійними відрізками вольт-амперних кривих.
Завантаження
Посилання
N. Sultanov, Z. Mirzajonov, and F. Yusupov, “Technology of production and photoelectric characteristics of AlB 10 heterojunctions based on silicon,” E3S Web of Conferences, 458, 01013 (2023). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345801013
M.A. Ahmed, L. Coetsee, W.E. Meyer, J.M. Nel, “Influence (Ce and Sm) co-doping ZnO nanorods on the structural, optical and electrical properties of the fabricated Schottky diode using chemical bath deposition,” J. Alloys Compd. 810, 151929 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.151929
Y. Deng, F. Peng, Y. Lu, X. Zhu, W. Jin, J. Qiu, J. Dong, et al., “Solution-processed green and blue quantum-dot light-emitting diodes with eliminated charge leakage,” Nat. Photon. 16, 505–511 (2022). https://doi.org/10.1038/s41566-022-00999-9
Y.H. Won, O. Cho, T. Kim, D.-Y. Chung, T. Kim, H. Chung, H. Jang, et al., “Highly efficient and stable InP/ZnSe/ZnS quantum dot light-emitting diodes,” Nature, 575, 634–638 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1771-5
J.D. Ye, S.L. Gu, S.M. Zhu, S.M. Liu, Y.D. Zheng, R. Zhang, Y. Shi, et al., “Gallium doping dependence of single-crystal n-type ZnO grown by metal organic chemical vapor deposition,” Journal of Crystal Growth, 283(3-4), 279-285 (2005). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.06.030
B.H. Kong, D.C. Kim, S.K. Mohanta, and H.K. Cho, “Influence of VI/II ratios on the growth of ZnO thin films on sapphire substrates by low temperature MOCVD,” Thin Solid Films, 518(11), 2975-2979 (2010). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.10.124
R. Pietruszka, R. Schifano, T.A. Krajewski, B.S. Witkowski, K. Kopalko, L. Wachnicki, and E. Zielony, “Improved efficiency of n-ZnO/p-Si based photovoltaic cells by band offset engineering,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 147, 164-170 (2016). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.12.018
M. Volkova, R. Sondors, L. Bugovecka, A. Kons, L. Avotina, and J. Andzane, “Enhanced thermoelectric properties of self-assembling ZnO nanowire networks encapsulated in nonconductive polymers,” Scientific Reports, 13(1), 21061 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30019-x
P. Mishra, B. Monroe, B. Hussain, and I. Ferguson, “Temperature optimization for MOCVD-based growth of ZnO thin films,” in: 2014 11th Annual High-Capacity Optical Networks and Emerging/Enabling Technologies (Photonics for Energy), (Charlotte, NC, USA, 2014). https://doi.org/10.1109/HONET.2014.7029400
E. Widyastuti, J.L. Hsu, and Y.C. Lee, “Insight on photocatalytic and photoinduced antimicrobial properties of ZnO thin films deposited by HiPIMS through thermal oxidation,” Nanomaterials, 12(3), 463 (2022). https://doi.org/10.3390/nano12030463
A.P. Rambu, V. Tiron, V. Nica, and N. Iftimie, “Functional properties of ZnO films prepared by thermal oxidation of metallic films,” Journal of Applied Physics, 113(23), 234506 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4811357
O. Sánchez-Dena, S. Hernández-López, M.A. Camacho-López, P.E. Acuña-Ávila, J.A. Reyes-Esqueda, and E. Vigueras-Santiago, “ZnO Films from Thermal Oxidation of Zn Films: Effect of the Thickness of the Precursor Films on the Structural, Morphological, and Optical Properties of the Products,” Crystals, 12(4), 528 (2022). https://doi.org/10.3390/cryst12040528
Q. Yang, X. Zhang, X. Zhou, and S. Liang, “Growth of Ga-doped ZnO films by thermal oxidation with gallium and their optical properties,” AIP advances, 7(5), 528 (2017). https://doi.org/10.3390/cryst12040528
Y.G. Wang, S.P. Lau, H.W. Lee, S.F. Yu, B.K. Tay, X.H. Zhang, and H.H. Hng, “Photoluminescence study of ZnO films prepared by thermal oxidation of Zn metallic films in air,” Journal of Applied Physics, 94(1), 354-358 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1577819
N. Srivastava, and W. Bolse, “Stress-driven growth of ZnO nanowires through thermal oxidation of Zinc thin films over silicon substrate,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34(7), 616 (2023). https://doi.org/10.1007/s10854-023-10059-9
I. Mihailova, V. Gerbreders, E. Tamanis, E. Sledevskis, R. Viter, and P. Sarajevs, “Synthesis of ZnO nanoneedles by thermal oxidation of Zn thin films,” Journal of Non-Crystalline Solids, 377, 212-216 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2013.05.003
R. Kumar, Jyotsna, and A. Kumar, “Barrier Height Calculation of Ag/n-ZnO/p-Si/Al Heterojunction Diode,” Asian J. Adv. Basic Sci. 8, 47–52 (2020). https://doi.org/10.33980/ajabs.2020.v08i01.006
M.R. Khanlary, V. Vahedi, and A. Reyhani, “Synthesis and characterization of ZnO nanowires by thermal oxidation of Zn thin films at various temperatures,” Molecules, 17(5), 5021-5029 (2012). https://doi.org/10.3390/molecules17055021
S.J. Chen, Y.C. Liu, J.G. Ma, D.X. Zhao, Z.Z. Zhi, Y.M. Lu, ... & Fan, X. W. “High-quality ZnO thin films prepared by two-step thermal oxidation of the metallic Zn,” Journal of Crystal Growth, 240(3-4), 467-472 (2002). https://doi.org/10.1016/S0022-0248(02)00925-9
I. Bouanane, A. Kabir, D. Boulainine, S. Zerkout, G. Schmerber, and B. Boudjema, “Characterization of ZnO thin films prepared by thermal oxidation of Zn,” Journal of Electronic Materials, 45, 3307-3313 (2016). https://doi.org/10.1007/s11664-016-4469-6
D.A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 4th ed. (McGraw-Hill Education, 2012).
S.M. Sze, and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd ed. (John Wiley & Sons, 2006).
Авторське право (c) 2024 Нумонджон А. Султанов, Зокірджон X. Мірзаджонов, Фахріддін Т. Юсупов, Тохирбек І. Рахмонов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
