의 제작 펄스 레이저 증착에 의해 투명 실시 산화물 나노 설계
Summary
우리는 배경 가스의 존재에 나노초 펄스 레이저 증착 (PLD)에 의해 nanostructured 산화물 박막을 증착 할 수있는 실험 방법을 설명합니다. 알 – 도핑 된 ZnO (아조) 영화이 방법을 사용하여 소형에서 계층 적 나노 나무 숲으로 구성까지, 증착 될 수있다.
Abstract
배경 가스의 존재에 나노초 펄스 레이저 증착 (PLD)는 수있는 플라즈마 깃털 확장 역학의 적절한 제어에 의해 조정할 수 형태, 구조, 밀도 및 화학량 론과 금속 산화물의 증착. 이러한 융통성은 나노 크기의 클러스터의 계층 구조 조립이 특징으로 작고 조밀 한 nanoporous에서 nanostructured 영화를 만들어 악용 할 수 있습니다. 특히 우리는 태양 광 발전 장치의 투명 전극으로 알 – 도핑 된 ZnO (아조) 영화의 두 종류를 조작 할 수있는 자세한 방법 설명 : 낮은 O 2 압력 1), 예술의 상태로 전기 전도성 및 광학 투명 가까이있는 소형 영화 찌르다 아르 나노 나무 숲을 닮은 2) 높은 빛의 분산 계층 구조, 투명 실시 산화물 (TCO)이 같은 유기 광전지 (OPVs)에 사용되는 폴리머와 같은 열 민감한 자료와 호환을 위해 실온에서 증착 될 수있다높은 압력에서 uced. 이러한 구조는 높은 안개 계수를 표시 (> 80 %)와 빛을 트래핑 능력을 향상시키기 위해 악용 될 수 있습니다. 아조 영화에 대한 설명 여기 방법 등 할아버지 2, 알 2 O 3, WO 3 자세 4 O 4와 같은 기술 응용 프로그램에 관련된 다른 금속 산화물에 적용 할 수 있습니다.
Introduction
펄스 레이저 증착 (PLD)는 필름 (그림 1 참조) 1 성장 기판에 증착 될 수있다 ablated 종의 플라즈마 형성에 결과 고체 타겟의 레이저 절제를 고용합니다. 배경의 분위기 (불활성 또는 반응성)과의 상호 작용은 가스 상태 (그림 2 참조) 2,3에 균일 클러스터 핵을 유도하는 데 사용할 수 있습니다. PLD에 의한 물질 합성에 대한 전략을주의 깊게 PLD 과정에서 생성 된 플라즈마 역학을 제어하여 상향식 접근 재료 특성의 조정에 기반을두고 있습니다. 클러스터 크기, 운동 에너지와 구성은 4,5 형태학 및 구조 변화의 영화 성장과 결과에 영향을 증착 매개 변수의 적절한 설정에 의해 다양 할 수 있습니다. 이용하여 방법은 우리가 (예 : WO 3, 자세 4 O 4, 알 2 O 3 산화물의 숫자에 대해 시연 여기에 설명차 티오 2) nanoscale 6-11의 자료 구조를 수정하여 형태를 조정하는 기능, 밀도, 다공성, 구조 주문, 화학량 론과 단계의 학위를 취득했습니다. 이 특정 응용 프로그램 12-16에 대한 자료의 디자인을 할 수 있습니다. 태양 광 응용 프로그램을 참조하여, 우리는 계층 염료 sensitized 태양 전지에 photoanodes로 고용 할 때 13 흥미로운 결과를 보여주는 '나무의 숲'과 유사한 나노와 mesostructure (DSSC에 조립 나노 입자 (<10 nm 정도)가 주최 nanostructured 티오 2 합성 ) 17. 이러한 이전 결과를 바탕으로 우리는 투명 전도성 산화물 등의 알 – 도핑 된 ZnO (아조) 영화의 증착에 대한 프로토콜을 설명합니다.
투명 실시 산화물 (TCOs)는 저항 <10 -3 옴 – cm와 80 % 이상 광 transmi를 표시하는 높은 밴드 갭 (> 3 EV) 무거운 도핑에 의해 지휘자로 변환 자료입니다눈에 보이는 범위의 ttance. 그들은 이러한 터치 스크린과 태양 전지 18-21 많은 응용 프로그램을위한 핵심 요소이며, 그들은 일반적으로 스퍼터링, 펄스 레이저 증착, 화학 기상 증착, 스프레이 열분해 및 솔루션 기반 화학 방법과 같은 다른 기법으로 재배하고 있습니다. TCOs 중 인듐 – 주석 산화물 (ITO)이 널리는 낮은 저항에 대한 연구되었지만 높은 비용과 인듐의 낮은 가용성의 단점을 앓고. 연구는 현재 F-도핑 된 SnO 2 (FTO), 알 – 도핑 된 ZnO (아조)와 F-도핑 된 ZnO (FZO)과 같은 인듐 – 무료 시스템으로 이동합니다.
사고 빛의 지능형 관리 (빛 트래핑)를 제공 할 수 전극은 태양 광 애플리케이션을위한 특히 재미 있습니다. 빛의 파장 (예 : 300-1,000 nm 정도)에 좋은 컨트롤에 필적하는 규모의 변조 구조와 morphologies를 통해 분산 가시 광선에 가능성을 이용하려면영화 형태 및 클러스터 조립 아키텍처가 필요합니다.
특히 우리는 형태와 아조 필름의 구조를 조정하는 방법에 대해 설명합니다. 컴팩트 아조은 저압 (2 아빠 산소)에 있으며, 룸 온도에서 증착은 낮은 저항 (4.5 × 10 -4 옴 cm)와 아조은 높은 온도에서 증착과 경쟁력 가시 광선 투명도 (> 90 %)을 특징으로하는 동안 아조 계층 구조는이 구조는 80 %, 22,23 이상으로 연기 계수와 강력한 빛의 분산 기능을 표시 100 아빠! 위의 O 2 압력에서 흡열에 의해 얻어진다.
Protocol
Representative Results
Discussion
플라즈마 깃털 모양 특히 가스의 존재에 밀접하게 절제 프로세스에 관련되어, 육안 검사에 의해 플라즈마 깃털을 모니터링하면 증착을 제어하는 것이 중요합니다. 산화물 타겟을 흡열하여 금속 산화물을 증착 할 때, 산소는 절제 과정에서 산소 손실을 지원하기 위해 필요합니다. 낮은 산소 배경 가스 압력에서 증착 된 물질은 산소 공석이있을 수 있습니다. 이 효과는 가스 압력을 증가시켜 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number |
| Pulsed Laser | Continuum-Quantronix | Powerlite 8010 |
| Power meter | Coherent | FieldMaxII-TO |
| Ion Gun | Mantis Dep | RFMax60 |
| Mass flow controller | Mks | 2179 ° |
| Quartz Crystal Microbalance | Infcon | XTC/2 |
| Background gas | Rivoira-Praxair | 5.0 oxygen |
| Target | Kurt Lesker | (made on request) |
| Isopropanol | Sigma Aldrich | 190764-2L |
| Source meter | Keithley | K2400 |
| Magnet Kit | Ecopia | 0.55T-Kit |
| Spectrophotometer | PerkinElmer | Lambda 1050 |
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