Лазерный мир

Вакулов Д.Е., Вакулов З.Е., Замбург Е.Г., Ивонин М.Н., Шумов А.В. // Журнал Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11 (часть 2), с: 373-376, УДК 537.9

Получены прозрачные проводящие нанокристаллические пленки на основе оксида цинка. Проведены исследования влияния расстояния мишень-подложка при импульсном лазерном осаждении на электрофизические параметры нанокристаллических пленок ZnO. Установлено, что с увеличением расстояния мишень-подложка подвижность электронов в полученных нанокристаллических пленках ZnO уменьшается от 24 до 13 см2/В·с; удельное сопротивление увеличивается в пределах от 2,4·10–3 до 5,3·10–3 Ом·см; шероховатость уменьшается от 3,2 до 2,7 нм; средний диаметр зерна лежит в диапазоне от 76 до 82 нм. Полученные нанокристаллические пленки ZnO имеют малую шероховатость поверхности и низкое электрическое сопротивление в достаточно широком диапазоне технологических режимов, необходимых для создания прозрачных проводящих покрытий. Результаты исследований могут быть использованы при разработке чувствительных элементов сенсорных устройств, оптоэлектронных приборов, солнечных элементов, фотовольтаических преобразователей, транзисторных структур на основе прозрачных проводящих пленок ZnO.

Описание на английском языке:

Vakulov D.E. 1 Vakulov Z.E. 1 Zamburg E.G. 1 Ivonin M.N. 1 Shumov A.V. 1
1 Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education «Southern Federal University»
Abstract:
We have developed a technology of producing transparent conductive nanocrystalline films of ZnO. Experimental researching were carried out in the module of pulsed laser deposition at multifunctional ultrahigh nanotechnological facilities NanoFab STC-9. Exploration of the surface morplogy of ZnO films used Probe NanoLaboratory NTEGRA Vita, and Hall-effect measurements for measure electrical parameters. We have done analysis of the relationship electrical and morphological characteristics of target-substrate distance at pulsed laser deposition. It was found that increasing target-substrate distance facilitates reducing electron mobility and roughless of surface in the nanocrystalline ZnO films; resistivity increase with augmentation this distance. Transparent conductive nanocrystalline ZnO films which have been obtained, have a low surface roughness and electrical resistance in a wide range of process condition required to create transparent conductive coverage. The researching results can be used to develop sensors, optoelectronic devices, solar cells, photovoltaic inverters, transistor structures based on transparent conductive films of ZnO.

Оксид цинка является одним из наиболее перспективных материалов для создания приборов наноэлектроники и наносистемной техники. Интерес обусловлен рядом электрофизических свойств ZnO: высокой температурой плавления и теплопроводностью, фоточувствительностью, пьезо- и пироэффектом, широкой запрещенной зоной, большой экситонной энергией, химической стабильностью, биологической совместимостью, что позволяет использовать ZnO в качестве прозрачного проводящего оксидного материала. Оксид цинка обладает низким удельным сопротивлением и хорошими оптическими свойствами и является одним из самых перспективных материалов для создания прозрачных проводящих
покрытий [5].

Целью работы является получение прозрачных проводящих нанокристаллических пленок на основе оксида цинка методом импульсного лазерного осаждения.

Материалы и методы исследования

Одним из наиболее перспективных методов получения наноструктурированных пленок оксидов является метод импульсного лазерного осаждения (ИЛО) [2]. В ходе ИЛО происходит распыление мишени в вакууме импульсами лазера и осаждение материала мишени на подложку, как показано на рис. 1. Достоинствами этого метода является простота реализации, высокая скорость напыления, одинаково хорошее испарение всех химических элементов, содержащихся в мишени [3]. При испарении мишеней при определенных условиях можно получить пленку необходимого стехиометрического состава.

Рис. 1. Схема метода ИЛО

Электрофизические свойства нанокристаллических пленок оксида цинка зависят от энергии испаренных частиц, которая регулируется изменением расстояния мишень-подложка
при ИЛО [1].

Экспериментальные исследования проводились в модуле импульсного лазерного осаждения многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 (ЗАО «НТ – МДТ», Зеленоград), представленного на рис. 2.

Камера модуля импульсного лазерного осаждения откачивалась с помощью турбомолекулярного насоса до давления 1·10–6 Торр. Осаждение ZnO проводилось на ситалловые подложки размером 1,5×1,5 см. Плотность энергии лазерного излучения на поверхности мишени ZnO составляла 2 Дж/см2, длина волны лазерного излучения 248 нм, длительность импульса 20 нс. Расстояние мишень-подложка изменялось в диапазоне 75–135 мм.

Заключение

Полученные результаты могут быть использованы при разработке чувствительных элементов сенсорных устройств, оптоэлектронных приборов, солнечных элементов, фотовольтаических преобразователей, транзисторных структур на основе прозрачных проводящих пленок ZnO.

Полное содержание статьи: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30540