Structural, optical, and electrical properties of ZnO: al prepared by CVD

Abstract

In this paper we will prepared thin films from transparent conductive oxide(TCO) ZnO pure, and doped for various concentration of aluminum (4,8%) using technique chemical vapor deposition (CVD) at different substrates temperatures (400, 450, 500 °C) on glass substrates. The films were characterized by X-ray diffraction and UV spectrometer, pure ZnO films and (ZnO: Al) shows, a polycrystalline structure of the hexagonal wurtzite type, the diagnostics show preferred peaks for the growth of the crystal grains in the directions (002). The optical measurements have shown that the absorption edge is shifted towards the shortwave lengths which mean that the energy gap increases with the increase of aluminum concentration that we obtained Eg = 3.6 in case of 8% doping Al, and then we noticed the transmittance increases with increasing the substrate temperature and doping percentage with aluminum and the highest value was observed at 500 °C and (8%) doping. The electric conductivity of ZnO films doped with aluminum increases with the percentage of doping until the doping percentage of (4%), then starts to decrease with the increase in doping percentages at substrate temperatures (450 °C and 500 °C).

В работе тонкие пленки получены из прозрачного проводящего оксида (ППO), чистого ZnO, легированного алюминием Al (4,8%) различной концентрации. Пленки формировались методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) на стеклянные подложки при различных температурах (400 °C, 450 °C, 500 °C). Пленки чистого ZnO и (ZnO: Al) исследовались с помощью метода рентгеновской дифракции с использованием УФ спектрометра. Исследования показали гексагональную поликристаллическую структуру типа вюрцита. Диагностика показала преимущественные пики роста кристаллических зерен в направлениях (002). Оптическими измерениями показано, что пик поглощения смещается в сторону коротких волн, что указывает на увеличение энергетического зазора с повышением концентрации алюминия в ZnO. Отметим также, что коэффициент пропускания увеличивался с повышением температуры подложки и процентного соотношения легированного алюминия. Максимальное значение наблюдалось при 500 °C и процентном соотношении легированного алюминия (8%). Электропроводность пленок ZnO, легированных алюминием, возрастала с увеличением процентного соотношения легируемого материала до (4%), а затем начинала уменьшаться, не смотря на увеличение процентного соотношения легированного материала при температуре подложки (400 °C и 500 °C).

У роботі тонкі плівки виготовлені з прозорого провідникового оксиду (ППO) чистого ZnO, легованого алюмінієм (4,8 %) різної концентрації. Нанесення здійснювалося методом хімічного осадження з газової фази (CVD) на скляні підкладки при різних температурах (400 °C, 450 °C, 500 °C). Плівки чистого ZnO і (ZnO: Al) досліджувалися за допомогою методу рентгенівської дифракції з використанням УФ спектрометра. Дослідженнями встановлено гексагональну полікристалічну структуру типу вюрциту. Діагностика показала переважні піки росту кристалічних зерен у напрямках (002). Оптичними вимірюваннями встановлено, що пік поглинання зміщується у бік коротких хвиль, яка вказує на збільшення енергетичного зазору із підвищенням концентрації алюмінію в ZnO. Зазначимо також, що коефіцієнт пропускання підвищувався зі зростанням температури підкладки і процентного співвідношення легованого алюмінію. Максимальне значення спостерігалося при 500 °C та відсотковому співвідношенні легованого алюмінію (8%). Електропровідність плівок ZnO, легованих алюмінієм, зростала зі збільшенням процентного співвідношення легованого матеріалу до (4%), а потім спостерігається зменшення, не зважаючи на зростання процентного співвідношення легованого матеріалу при температурі підкладки (450 °C і 500 °C).