Определение структурных и оптических параметров тонких пленок из совместно распыленных Sb и ZnO

Abd El-Raheem M. M., Amin S. A., Alharbi M. A., Badawi A. M.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

M. M. Abd El-Raheem, S. A. Amin, M. A. Alharbi, A. M. Badawi Structural and optical characterization of Sb-doped ZnO co-sputtered thin films (Определение структурных и оптических параметров тонких пленок из совместно распыленных Sb и ZnO) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 6. С. 63–74.

M. M. Abd El-Raheem, S. A. Amin, M. A. Alharbi, A. M. Badawi Structural and optical characterization of Sb-doped ZnO co-sputtered thin films (Определение структурных и оптических параметров тонких пленок из совместно распыленных Sb и ZnO) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2016. V. 83. № 6. P. 63–74.

Ссылка на англоязычную версию:

M. M. Abd El-Raheem, S. A. Amin, M. A. Alharbi, and A. M. Badawi, "Structural and optical characterization of Sb-doped ZnO co-sputtered thin films," Journal of Optical Technology. 83(6), 375-384 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000375

Аннотация:

Сообщается о структурных и элетрооптических свойствах чистых и соактивированных сурьмой пленок из наночастиц оксида цинка, полученных методом совместного распыления. Фазовый состав и размеры кристаллитов синтезированных наночастиц ZnO и Sb-ZnO были определены и исследованы с использованием рентгеновского дифракционного анализа и сканирующей электронной микроскопии. Анализ элементного состава производился с использованием рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа. Оптические свойства ZnO и Sb-ZnO пленок определялись путем спектроскопических исследований в ультрафиолетовой и видимой области. Пленки обладают высокой прозрачностью в видимом диапазоне спектра и крутой границей поглощения при длине волны 380 нм. Средняя величина энергетической щели в оптическом диапазоне для различных условий напыления составляет 3.17 эВ. Показатель преломления имеет нормальную дисперсию и уменьшается с увеличением толщины и скорости напыления. Дисперсионная энергия, энергия элементарного осциллятора и оптическая проводимость уменьшаются с увеличением скорости потока аргона.

Ключевые слова:

тонкие пленки, совместное распыление, энергетическая щель, показатель преломления, дисперсионная энергия

Коды OCIS: 310.6860

Список источников:

1. Tang Z.K., Wong G.K.L., Yu P., Kawasaki M., Ohtomo A., Koinuma, H., Segawa Y. Room-temperature ultraviolet laser emission from self-assembled ZnO microcrystallite thin films // App. Phys. Lett. 1998. V. 72. № 25. P. 3270–3272.
2. Look D.C. Recent advances in ZnO materials and devices // Mater. Sci. Eng. B. 2001. V. 80. № 1–3. P. 383–387.
3. Kohan A.F., Ceder G., Morgan D., Van de Walle C.G. First-principles study of native point defects in ZnO // Physical Review B. 2000. V. 61. № 22. P. 15019–15027.
4. Look D.C., Hemsky J.W., Sizelove J.R. Residual native shallow donor in ZnO // Physical Review Letters. 1999. V. 82. № 12. P. 2552–2555.
5. Kazunori Minegishi, Yasushi Koiwai, Yukinobu Kikuchi, Koji Yano, Masanobu Kasuga, Azuma Shimizu. Growth of p-type zinc oxide films by chemical vapor deposition // Jpn. J. Appli. Phys. 1997. V. 36. № 11A. P. L1453.
6. Lu J.G., Ye Z.Z., Zhuge F., Zeng Y.J., Zhao B.H., Zhu L.P. p-type conduction in N–Al co-doped ZnO thin films // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. № 15. P. 3134–3135.
7. Liu J., Shan C., Shen H., Li B., Zhang Z., Liu L., Zhang., Shen D. ZnO light-emitting device with a lifetime of 6.8 hours // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. № 1. P. 011106.
8. Mathew J., Hitosh T., Tomoji K. p-type electrical conduction in ZnO thin films by Ga and N codoping // Japanese Journal of Applied Physics. 1999. V. 38. № 11A. P. L1205.
9. Chen L.L., Lu J.G., Ye Z.Z., Lin Y.M., Zhao B.H., Ye Y.M., Li J.S., Zhu L.P. p-type behavior in In–N codoped ZnO thin films // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. № 25. P. 252106.
10. Limpijumnong S., Li X., Wei S.-H., Zhang S.B. Substitutional diatomic molecules NO, NC, CO, N2, and O2: Their vibrational frequencies and effects on p doping of ZnO // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. № 21. P. 211910.
11. Zhao B.J., Yang H.J., Du. T.G., Miao G.Q., Zhang Y.T, Gao Z.M., Yang T.P., Wang J.Z., Li W.C., Ma X.T., Yang B.Y., Liu D.L., Liu X.J. Fang. High-quality ZnO/GaN/Al2O3 heteroepitaxial structure grown by LP–MOCVD // J.Cryst. Growth. 2003. V. 258. № 1, 2. P. 130–134.

12. Limpijumnong S., Zhang S.B., Wei S.-H., Park C.H. Doping by large-size-mismatched impurities: the microscopic origin of arsenic- or antimony-doped p-type zinc oxide // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. № 1. P. 155504.
13. Xiu F.X., Yang Z., Mandalapu L.J., Zhao D.T., Liu J.L., Beyermann W.P. High-mobility Sb-doped p-type ZnO by molecular-beam epitaxy // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. № 15. P. 152101.
14. Pan X., Ye Z., Li J., Gu X., Zeng Y., He H., Zhu L., Che Y. Fabrication of Sb-doped p-type ZnO thin films by pulsed laser deposition // Appl. Surf. Sci. 2007. V. 253. № 11. P. 5067–5069.
15. Zhao Z.-W., Hu L.-Z., Zhang H.-Q., Sun J.-C., Bian J.-M., Sun K.-T., Chen X., Zhao J.-Z., Li X., Zhu J.-X. Effect of different substrate temperature on Sb-doped ZnO thin films prepared by pulsed laser deposition on sapphire substrates // Chin. Phys. Lett. 2010. V. 27. № 1. P. 017301.
16. Tolansky S. Multiple-beam interferometry surface and films. London: Oxford Univesity Press, 1978.
17. El-Nahass M.M. Optical properties of tin diselenide films // J. Mate. Sci. 1992. V. 27. № 24. P. 6597–6604.
18. Giulio M.D., Micocci G., Rella R., Siciliano P., Tepore A. Optical absorption of tellurium suboxide thin films // Phys. Status Solidi A. 1993. V. 136. № 2. P. K101–K104.
19. El-Nahass M.M., El-Deeb A.F., Metwally H.S., Hassanien A.M. Structural and optical properties of iron (III) chloride tetraphenylporphyrin thin films // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2010. V. 52. № 1. P. 10403.
20. El-Nahass M.M., El-Deeb A.F., Metwally H.S., El-Sayed H.E.A., Hassanien A.M. Influence of X-ray irradiation on the optical properties of iron (III) chloride tetraphenylporphyrin thin films // Solid State Sci. 2010. V. 12. № 4. P. 552–557.
21. Mondal S., Kanta K.P., Mitra P. Preparation of Al-doped ZnO (AZO) thin film by SILAR // J. Phy. Sci. 2008. V. 12. P. 221–229.
22. Zhou H.-m., Yi D.-q., Yu Z.-m., Xiao L.-r., Li J. Preparation of aluminum doped zinc oxide films and the study of their microstructure, electrical and optical properties // Thin Solid Films. 2007. V. 515. № 17. P. 6909–6914.
23. Jiménez-González A.E., Soto Urueta J.A., Suárez-Parra R. Optical and electrical characteristics of aluminumdoped ZnO thin films prepared by solgel technique // J. Cryst. Growth. 1998. V. 192. № 3–4. P. 430–438.
24. Gupta V., Mansingh A. Influence of postdeposition annealing on the structural and optical properties of sputtered zinc oxide film // J. Appl. Phys. 1996. V. 80. № 2. P. 1063–1073.
25. Zhao Z., Hu L., Zhang H., Sun J., Bian J., Zhao J. Effect of different annealing temperature on Sb-doped ZnO thin films prepared by pulsed laser deposition on sapphire substrates // Appl. Surf. Sci. 2011. V. 257. № 11. P. 5121–5124.
26. Park K., Seong J.K., Nahm S. Improvement of thermoelectric properties with the addition of Sb to ZnO // J. Alloy. Compd. 2008. V. 455. № 1–2. P. 331–335.
27. Wasa K., Kitabatake M., Adachi H. Thin film materials technology (sputtering of compound materials). William Andrew publishing. Springer, 2005. 537 p.
28. El-Raheem M.M.A., El-Husainy N.M., Ali H.M. Optical and electrical measurements on electron beam evaporated CdTe thin films // Optoelect. Adv. Mat. 2009. V. 3. № 6. P. 533–538.
29. Zengir B., Bayhan M.S.K. Optical absorption in polycrystalline CdTe thin films // Journal of arts and sciences Sayt: 5, Mayts. 2006. V. 5. P. 103–116.
30. Alhuthali A., El-Nahass M.M., Atta A.A., Abd El-Raheem M.M., Elsabawy K.M., Hassanien A M. Study of topological morphology and optical properties of SnO2 thin films deposited by RF sputtering technique // J. Lumin. 2015. V. 158. P. 165–171.
31. Swanepoel R. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1983. V. 16. № 12. P. 1214–1222.
32. Swanepoel R. Determination of surface roughness and optical constants of inhomogeneous amorphous silicon films // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1984. V. 17. № 10. P. 896–903.
33. Manifacier J.C., Gasiot J., Fillard J.P. A simple method for the determination of the optical constants n, ħ and the thickness of a weakly absorbing thin film // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1976. V. 9. P. 1002–1004.
34. Shaaban E.R., El-Kabnay N., Abou-sehly A.M., Afify N. Determination of the optical constants of thermally evaporated amorphous As40S60, As35S65 and As30S70 using transmission measurements // Phys. B: Cond. Matt. 2006. V. 381. № 1–2. P. 24–29.
35. El-Nahass M.M., Atta A.A., Abd El-Raheem M.M., Hassanien A.M. Structural and optical properties of DC Sputtered Cd2SnO4 nanocrystalline films // J. Alloy. Compd. 2014. V. 585. P. 1–6.
36. El-Nahass M.M., El-Gohary Z., Soliman H.S. Structural and optical studies of thermally evaporated CoPc thin films // Opt. Laser Tech. 2003. V. 35. № 7. P. 523–531.
37. Wemple S.H., DiDomenico M. Behavior of the electronic dielectric constant in covalent and ionic materials // Phys. Rev. B. 1971. V. 3. № 4. P. 1338–1351.