संश्लेषण और प्लाज्मा द्वारा उच्च सी अक्ष जेडएनओ पतली फिल्म की विशेषता रासायनिक वाष्प जमाव प्रणाली और इसके यूवी Photodetector आवेदन बढ़ी
Summary
We offered a method to directly synthesize high c-axis (0002) ZnO thin film by plasma enhanced chemical vapor deposition. The as-synthesized ZnO thin film combined with Pt interdigitated electrode was used as sensing layer for ultraviolet photodetector, showing a high performance through a combination of its good responsivity and reliability.
Abstract
इस अध्ययन में, उच्च ग धुरी (0002) तरजीही उन्मुखीकरण के साथ जिंक आक्साइड (जेडएनओ) पतली फिल्मों को सफलतापूर्वक और प्रभावी ढंग से प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) प्रणाली का उपयोग करके विभिन्न संश्लेषित तापमान के माध्यम से सिलिकॉन (Si) substrates पर संश्लेषित किया गया है। अलग संश्लेषित क्रिस्टल संरचना पर तापमान, सतह morphologies और ऑप्टिकल गुण के प्रभावों की जांच की गई है। एक्स-रे विवर्तन (XRD) पैटर्न (0002) विवर्तन चोटी की तीव्रता 400 ओ सी तक बढ़ रही है संश्लेषित तापमान के साथ मजबूत हो गया है कि संकेत दिया (0002) चोटी के विवर्तन तीव्रता धीरे-धीरे कमजोर 400 ओ सी के अतिरिक्त अप करने के लिए संश्लेषित तापमान के रूप में (10-10) विवर्तन शिखर की उपस्थिति के साथ साथ बन गया आर टी photoluminescence (पीएल) स्पेक्ट्रा उत्सर्जन के चारों ओर 375 एनएम और चारों ओर 575 एनएम अंड पर स्थित एक नगण्य गहरे स्तर (डीएल) उत्सर्जन में मनाया एक मजबूत पास बैंड बढ़त (NBE) का प्रदर्शनएर उच्च ग जेडएनओ पतली फिल्मों की धुरी। क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM) छवियों सजातीय सतह और छोटे आकार अनाज वितरण के साथ पता चला। जेडएनओ पतली फिल्मों भी संप्रेषण को मापने के लिए एक ही मापदंड के तहत ग्लास substrates पर संश्लेषित किया गया है।
पराबैंगनी (यूवी) फोटोडिटेक्टर आवेदन के उद्देश्य के लिए, interdigitated प्लैटिनम (पं) पतली फिल्म (मोटाई ~ 100 एनएम) पारंपरिक ऑप्टिकल लिथोग्राफी प्रक्रिया और रेडियो आवृत्ति (आरएफ) मैग्नेट्रान sputtering के माध्यम से गढ़े। Ohmic संपर्क तक पहुंचने के क्रम में, डिवाइस 10 मिनट के लिए तेजी से थर्मल annealing (आरटीए) प्रणाली से 450 ओ सी में आर्गन परिस्थितियों में annealed था। व्यवस्थित माप के बाद, वर्तमान वोल्टेज (मैं – वी) तस्वीर और अंधेरे वर्तमान और समय पर निर्भर photocurrent प्रतिक्रिया परिणामों की वक्र उच्च ग जेडएनओ पतली फिल्म एक उपयुक्त संवेदन परत है धुरी यह दर्शाता है कि एक अच्छा responsivity और विश्वसनीयता का प्रदर्शनयूवी फोटोडिटेक्टर आवेदन के लिए।
Introduction
जेडएनओ वजह से इस तरह आरटी और बड़े exciton पर उच्च रासायनिक स्थिरता, कम लागत, गैर विषाक्तता, ऑप्टिकल पंप के लिए कम बिजली की दहलीज, विस्तृत प्रत्यक्ष बैंड अंतराल (3.37 eV) के रूप में अपने विशिष्ट गुणों के लिए एक आशाजनक चौड़े बैंड अंतराल कार्यात्मक अर्धचालक पदार्थ है ~ 60 एमईवी 1-2 की ऊर्जा बंधन। हाल ही में, जेडएनओ पतली फिल्मों पारदर्शी सुचालक ऑक्साइड (TCO) फिल्मों, नीले प्रकाश उत्सर्जक डिवाइस, क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, और गैस सेंसर 3-6 सहित कई आवेदन क्षेत्रों में नियोजित किया गया है। दूसरी ओर, जेडएनओ इंडियम और टिन दुर्लभ और महंगा होने के कारण इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) बदलने के लिए एक उम्मीदवार सामग्री है। इसके अलावा, जेडएनओ दृश्य तरंगदैर्ध्य क्षेत्र और आईटीओ फिल्मों 7-8 के साथ तुलना में कम प्रतिरोधकता में उच्च ऑप्टिकल संप्रेषण के पास। तदनुसार, जेडएनओ का निर्माण, लक्षण और आवेदन बड़े पैमाने पर सूचना दी गई है। यह वर्तमान अध्ययन के लिए एक सरल एक से उच्च ग धुरी (0002) जेडएनओ पतली फिल्मों synthesizing पर केंद्रितप्रभावी रूप से विधि और एक यूवी फोटोडिटेक्टर के प्रति अपनी व्यावहारिक आवेदन घ।
हाल ही में एक शोध रिपोर्ट के निष्कर्षों को उच्च गुणवत्ता जेडएनओ पतली फिल्म में इस तरह के प जेल विधि, रेडियो आवृत्ति मैग्नेट्रान sputtering, धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD), और इसलिए 9-14 पर ही विभिन्न तकनीकों के द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है कि संकेत मिलता है। प्रत्येक तकनीक के अपने फायदे और नुकसान है। उदाहरण के लिए, Sputtering बयान के एक प्रमुख लाभ बहुत उच्च गलनांक के साथ उस लक्ष्य सामग्री अनायास सब्सट्रेट पर sputtered कर रहे है। इसके विपरीत, प्रक्रिया sputtering फिल्म संरचना के लिए एक लिफ्ट बंद के साथ गठबंधन करने के लिए मुश्किल है। हमारे अध्ययन में, प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) प्रणाली उच्च गुणवत्ता ग के संश्लेषण के लिए जेडएनओ पतली फिल्मों की धुरी कार्यरत था। प्लाज्मा बमबारी पतली फिल्म घनत्व बढ़ाने के लिए और आयन अपघटन प्रतिक्रिया की दर 15 को बढ़ा सकते हैं कि synthesizing प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कारक है। मेंइसके अलावा, उच्च वृद्धि दर और बड़े क्षेत्र वर्दी बयान PECVD तकनीक के लिए अन्य विशिष्ट लाभ कर रहे हैं।
संश्लेषण तकनीक के अलावा, सब्सट्रेट पर अच्छा आसंजन एक और माना मुद्दा है। जेडएनओ और नीलमणि ही हेक्सागोनल जाली संरचना है, क्योंकि कई अध्ययनों में, सी विमान नीलमणि व्यापक रूप से जेडएनओ पतली फिल्मों की धुरी उच्च ग के संश्लेषण के लिए सब्सट्रेट के रूप में इस्तेमाल किया गया है। हालांकि, जेडएनओ किसी न किसी सतह आकृति विज्ञान और में विमान दिशा 16 में उन्मुख जेडएनओ और सी विमान नीलम (18%) के बीच बड़े जाली Misfits के कारण उच्च अवशिष्ट (दोष से संबंधित) वाहक सांद्रता का प्रदर्शन नीलमणि सब्सट्रेट पर संश्लेषित किया गया था। नीलमणि सब्सट्रेट के साथ तुलना में, एक सी वेफर जेडएनओ संश्लेषण के लिए एक और व्यापक रूप से इस्तेमाल किया सब्सट्रेट है। सी वेफर्स बड़े पैमाने पर सेमीकंडक्टर उद्योग में इस्तेमाल किया गया है; और इस प्रकार, सी substrates पर उच्च गुणवत्ता जेडएनओ पतली फिल्मों के विकास neces बहुत महत्वपूर्ण है और हैSary। दुर्भाग्य से, जेडएनओ और सी के बीच क्रिस्टल संरचना और थर्मल विस्तार गुणांक क्रिस्टल गुणवत्ता की गिरावट के लिए अग्रणी स्पष्ट रूप से अलग कर रहे हैं। पिछले दशक के दौरान, महान प्रयासों जेडएनओ बफर परतों 17, विभिन्न गैस वातावरण में 18 annealing, और सी सब्सट्रेट सतह 19 की passivation सहित विभिन्न तरीकों का उपयोग करके सी substrates पर जेडएनओ पतली फिल्मों की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए बनाया गया है। वर्तमान अध्ययन सफलतापूर्वक उच्च ग किसी भी बफर परत या पूर्व उपचार के बिना सी substrates पर जेडएनओ पतली फिल्म की धुरी के संश्लेषण के लिए एक प्रभावी रूप से सरल और विधि की पेशकश की। प्रयोग के परिणाम इष्टतम विकास तापमान के तहत संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों अच्छा क्रिस्टल और ऑप्टिकल गुणों से पता चला है कि संकेत दिया। क्रिस्टलीय संरचना, आरएफ प्लाज्मा रचना, सतह आकृति विज्ञान, और जेडएनओ पतली फिल्मों के ऑप्टिकल गुण एक्स-रे विवर्तन (XRD), ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (OES), क्षेत्र उत्सर्जन सुप्रीम कोर्ट द्वारा जांच की गईक्रमशः Anning इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM), और आर टी photoluminescence (पीएल) स्पेक्ट्रा। इसके अलावा, जेडएनओ पतली फिल्मों का संप्रेषण भी पुष्टि की और बताया गया था।
के रूप में संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्म यूवी फोटोडिटेक्टर आवेदन के लिए एक संवेदन परत भी इस अध्ययन में जांच की गई के रूप में कार्य किया। यूवी फोटोडिटेक्टर यूवी निगरानी में काफी संभावना अनुप्रयोगों, ऑप्टिकल स्विच, ज्योति अलार्म, और मिसाइल वार्मिंग प्रणाली 20-21 है। ऐसे Ohmic संपर्क और Schottky संपर्क सहित सकारात्मक आंतरिक नकारात्मक (पिन) मोड और धातु, अर्धचालक धातु (एमएसएम) संरचनाओं के रूप में बाहर किया गया है, जो photodetectors के कई प्रकार के होते हैं। प्रत्येक प्रकार के अपने फायदे और कमियां है। वर्तमान में, एमएसएम फोटोडिटेक्टर संरचनाओं की वजह से responsivity, विश्वसनीयता और प्रतिक्रिया और वसूली समय 22-24 में उनके उत्कृष्ट प्रदर्शन के लिए गहन रुचि को आकर्षित किया है। यहाँ प्रस्तुत परिणाम एमएसएम Ohmic संपर्क मोड कार्यरत था कि पता चला हैजेडएनओ पतली फिल्म आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर बनाना। फोटोडिटेक्टर के इस तरह के एक प्रकार के आम तौर पर उच्च ग जेडएनओ पतली फिल्म यूवी फोटोडिटेक्टर के लिए एक उपयुक्त संवेदन परत है धुरी यह दर्शाता है कि एक अच्छा responsivity और विश्वसनीयता का पता चलता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
महत्वपूर्ण कदम और संशोधनों
चरण 1 में, substrates अच्छी तरह से साफ और 1.3 substrates पर कोई तेल या कार्बनिक और अकार्बनिक संदूषण है कि वहाँ सुनिश्चित करने के लिए पीछा किया 1.5 कदम होना चाहिए। सब्सट्रेट सतह पर किस…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के लिए आर्थिक रूप से विज्ञान और प्रौद्योगिकी और चीन के गणराज्य के राष्ट्रीय विज्ञान परिषद (अनुबंध नं। एनएससी 101-2221-ए-027-042 और एनएससी 101-2622-ए-027-003-CC2) मंत्रालय द्वारा समर्थित किया गया था। डीएच वी धन्यवाद डॉ Shechtman पुरस्कार के लिए राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी ताइपे विश्वविद्यालय (ताइपे टेक) पुरस्कार।
Materials
| RF power supply | ADVANCED ENERGY | RFX-600 | |
| Butterfly valve | MKS | 253B-1-40-1 | |
| Mass flow conctroller | PROTEC INSTRUMENTS | PC-540 | |
| Pressure conctroller | MKS | 600 series | |
| Heater | UPGRADE INSTRUMENT CO. | UI-TC 3001 | |
| Sputter gun | AJA INTERNATIONAL | A320-HA | |
| DEZn 1.5M | ACROS ORGANIC USA, New Jersey | also called Diethylzinc (C2H5)2Zn | |
| Spin coater | SWIENCO | PW – 490 | |
| I-V measurement | Keithley | Model: 2400 | |
| Photocondutive measurement | Home-built | ||
| UV light sourse | Panasonic | ANUJ 6160 | |
| Mask aligner | Karl Suss | MJB4 | |
| Photoresist | Shipley a Rohm & Haas company | S1813 | |
| Developer | Shipley a Rohm & Haas company | MF319 | |
| Silicon wafer | E-Light Technology Inc | 12/0801 | |
| Glass substrate | CORNING | 1737 | P-type / Boron |
Referências
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