Оптичні характеристики плівок ZnO вирощених золь-гель методом

  • Г. С. Катрич Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-9600-7092
  • С.І. Петрушенко Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-7727-9527
  • О.В. Боцула Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-2809-9482
Ключові слова: золь-гель метод, оксид цинку, термічна обробка, ультрафіолетове випромінювання, поглинаюча здатність, поріг поглинання, довжина хвилі

Анотація

Актуальність. Оксид цинку(ZnO) є перспективним матеріалом для створення напівпровідникових джерел випромінювання та детекторів в області коротких хвиль оптичного діапазону. Плівки на основі ZnO розглядаються як можливі елементи приладів оптоелектроніки, за допомогою яких можна впливати на їх оптичні  властивості. Методи створення таких плівок є досить різноманітними,  проте  отримання якісних  та  маловартісних плівок ZnO залишається важливою науково-технічною задачею, що потребує розв’язку. Отже, проведення  досліджень в цьому напрямку та на їх основі вироблення рекомендацій по синтезу плівок ZnO є актуальним.          

Метою роботи є отримання плівок ZnO з використанням  золь-гель методу та оцінка їх фізичної структури  та оптичних  властивостей. Проведення оцінки впливу ультрафіолетового випромінювання на структуру та оптичні  характеристики отриманих плівок.   

Методи і методологія. Розглянуто  процес отримання плівок ZnO. Описано процес отримання  таких плівок з використанням  золь-гель методу. Проведено візуальний аналіз експериментально отриманих плівок.  Проведено експериментальне дослідження оптичних властивостей плівок ZnO. Зокрема аналізується вплив  ультрафіолетового випромінювання,  що  використовується  на етапі отримання плівок на  особливості  їх здатності до поглинання випромінювання в оптичному діапазоні.       

Результати. З використанням золь-гель методу експериментально отримано плівки ZnO.  Плівки ZnO формувалися на кварцевих підкладках. Показано, що в отриманих плівках, які було сформовано без впливу випромінювання, спостерігається утворення наночастинок ZnO. Використання  ультрафіолетового випромінювання на етапі кінцевої термічної обробки за  температури 480° С призводить до формування більш якісної плівки ZnO та зменшення розміру гранул.  Аналіз хімічного складу плівок з використанням рентгено-флуоресцентного аналізу показує наявність  цинку та  кисню в утворених плівках, а також  незначний вміст вуглецю, що пов'язано з використання у якості підкладок кварцу. Отримано залежності пропускної здатності плівок ZnO від довжини хвилі випромінювання, що падає  на плівку в діапазоні 200- 450 нм. Показано, що у плівках, які на етапі термічної обробки знаходилися  під дією ультрафіолетового випромінювання, спостерігається зміщення величини граничної довжини  хвилі, яка відповідає  краю поглинання, та, відповідно, зменшення ширини забороненої зони, яка  обчислюється  за результатами експерименту.     

Висновки. Отже, дія ультрафіолетового випромінювання на етапі  фінальної термічної обробки в плівках ZnO, які формуються за допомогою золь – гель методу, призводить до  покращення якості плівок  та до зміни їх оптичних   властивостей, зокрема  зменшення енергії, що відповідає порогу поглинання.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Г. С. Катрич, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

61022, м. Харків, м. Свободи,4

С.І. Петрушенко, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

61022, м. Харків, м. Свободи,4

О.В. Боцула, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

61022, м. Харків, м. Свободи,4

Посилання

1. Cho J, Hwang S, Ko D-H, Chung S. Transparent ZnO Thin-Film Deposition by Spray Pyrolysis for High-Performance Metal-Oxide Field-Effect Transistors. Materials. 2019 Oct 19;12(20):3423. https://doi.org/10.3390/ma12203423
2. Park JW, Kang BH, Kim HJ. A Review of Low‐Temperature Solution‐Processed Metal Oxide Thin‐Film Transistors for Flexible Electronics. Advanced Functional Materials. 2019 Sep 6;30(20):1904632. https://doi.org/10.1002/adfm.201904632
3. T-Thienprasert J, Rujirawat S, Klysubun W, Duenow JN, Coutts TJ, Zhang SB, et al. Compensation in Al-Doped ZnO by Al-Related Acceptor Complexes: Synchrotron X-Ray Absorption Spectroscopy and Theory. Physical Review Letters. 2013 Jan 28;110(5).055 502. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.055502
4. Siddiqua P, Hadi WA, Shur MS, O’Leary SK. A 2015 perspective on the nature of the steady-state and transient electron transport within the wurtzite phases of gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, and zinc oxide: a critical and retrospective review. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2015 May 23;26(7):4475–512. http://dx.doi.org/10.1007/s10854-015-3055-7
5. Adachi S. Properties of Semiconductor Alloys: Group-IV, III–V and II–VI Semiconductors. Chichester: Wiley; 2009. 424 p.
6. Siddiqi KS, ur Rahman A, Tajuddin, Husen A. Properties of Zinc Oxide Nanoparticles and Their Activity Against Microbes. Nanoscale Research Letters [Internet]. 2018 May 8;13(1). https://doi.org/10.1186/s11671-018-2532-3
7. Crossay A, Buecheler S, Kranz L, Perrenoud J, Fella CM, Romanyuk YE, et al. Spray-deposited Al-doped ZnO transparent contacts for CdTe solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2012 Jun;101:283–8. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2012.02.008
8. Sharma S, Vyas S, Periasamy C, Chakrabarti P. Structural and optical characterization of ZnO thin films for optoelectronic device applications by RF sputtering technique. Superlattices and Microstructures. 2014 Nov;75:378–89. http://dx.doi.org/10.1016/j.spmi.2014.07.032
9. Franklin JB, Zou B, Petrov P, McComb DW, Ryan MP, McLachlan MA. Optimised pulsed laser deposition of ZnO thin films on transparent conducting substrates. Journal of Materials Chemistry. 2011;21(22):8178-8182. https://doi.org/10.1039/C1JM10658A
10. Szyszka B, Sittinger V, Jiang X, Hong RJ, Werner W, Pflug A, et al. Transparent and conductive ZnO:Al films deposited by large area reactive magnetron sputtering. Thin Solid Films. 2003 Oct;442(1-2):179–183. https://doi.org/10.1016/s0040-6090(03)00968-4
11. Liu H, Liu Y-F, Xiong P-P, Chen P, Li H-Y, Hou J-W, et al. Aluminum-Doped Zinc Oxide Transparent Electrode Prepared by Atomic Layer Deposition for Organic Light Emitting Devices. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2017 Jul;16(4):634-638. https://doi.org/10.1109/TNANO.2017.2700408
12. Opel M, Geprägs S, Althammer M, Brenninger T, Gross R. Laser molecular beam epitaxy of ZnO thin films and heterostructures. Journal of Physics D: Applied Physics. 2013 Dec 23;47(3):034002. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/47/3/034002
13. Barankin MD, Gonzalez II E, Ladwig AM, Hicks RF. Plasma-enhanced chemical vapor deposition of zinc oxide at atmospheric pressure and low temperature. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2007 Jun;91(10):924–930. http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2007.02.009
14. Rashid ARA, Hazwani TN, Mukhtar WM, Taib NAM. Influence of annealing temperature on optical properties of Al doped ZnO nanoparticles via sol-gel methods. AIP Conference Proceedings. 2018;1972:030006. https://doi.org/10.1063/1.5041227
15. AL-ANI SKJ. Determination of the optical gap of amorphous materials. International Journal of Electronics. 1993 Dec;75(6):1153-1163. https://doi.org/10.1080/00207219308907191
16. Ray AK, Hogarth CA. On the analysis of experimental data for optical absorption in non-crystalline materials. Journal of Physics D: Applied Physics. 1990 Apr 14;23(4):458-459. https://doi.org/10.1088/0022-3727/23/4/012
17. Marouf S, Beniaiche A, Guessas H, Azizi A. Morphological, Structural and Optical Properties of ZnO Thin Films Deposited by Dip Coating Method. Materials Research. 2016 Nov 28;20(1):88–95. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2015-0751
18. Mott NF, Davis EA. Electronic processes in non-crystalline materials. Calendron Press; New York: Oxford University Press; 1979. 608 p.
Опубліковано
2021-12-29
Цитовано
Як цитувати
Катрич, Г. С., Петрушенко, С., & Боцула, О. (2021). Оптичні характеристики плівок ZnO вирощених золь-гель методом. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка», (35), 79-85. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2021-35-07