Synthese en karakterisering van High c-as ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System en de UV Fotodetector Application

ZnO is een veelbelovende breed-band-gap functioneel halfgeleidermateriaal vanwege de unieke eigenschappen zoals een hoge chemische stabiliteit, lage kosten, niet-giftigheid, laag vermogen drempel voor optisch pompen, brede directe bandafstand (3,37 eV) bij RT en grote exciton binding energie van ~ 60 meV ^1-2. Onlangs hebben ZnO dunne films toegepast op vele toepassingsgebieden zoals transparant geleidend oxide (TCO) films, blauw lichtgevende inrichting, veldeffecttransistoren en gassensor ^3-6. Anderzijds, ZnO is een kandidaatmateriaal aan indium tin oxide (ITO) vervangen vanwege indium en tin zijn zeldzaam en duur. Bovendien ZnO bezit hoge optische doorlaatbaarheid in het zichtbare golflengtegebied en de lage weerstand tegen ITO films ^7-8. Dienovereenkomstig, fabricage, karakterisatie en toepassing van ZnO is uitgebreid gerapporteerd. Deze studie richt zich op de synthese van hoge c-as (0002) ZnO dunne films van een eenvoudig eend effectieve methode en de praktische toepassing ervan in de richting van een UV-fotodetector.

De recente bevindingen onderzoeksrapport blijkt dat de hoge kwaliteit ZnO dunne film kan worden bereid door diverse technieken zoals sol-gel methode, radiofrequentie magnetron sputteren, metaalorganische chemische opdamping (MOCVD), enzovoort ^9-14. Elke techniek heeft zijn voordelen en nadelen. Bijvoorbeeld, een belangrijk voordeel van sputteren afzetting die doelstelling materialen met een zeer hoog smeltpunt worden moeiteloos gesputterd op het substraat. In tegenstelling, het sputterproces is moeilijk te combineren met een lift-off voor het structureren van de film. In onze studie was de plasma versterkte chemische dampafzetting (PECVD) -systeem toegepast voor het synthetiseren van hoge kwaliteit c-as ZnO dunne films. Plasma bombardement is een sleutelfactor in het synthese proces dat de dunne film dichtheid verhogen en het ion ontleding reactiesnelheid ¹⁵ verhogen. InDaarnaast is de hoge groei en een groot oppervlak uniforme afzetting zijn andere onderscheidende voordelen voor PECVD techniek.

Behalve de synthesetechniek, goede hechting op het substraat een weloverwogen kwestie. In vele onderzoeken is het c -vlak sapphire wijd gebruikt als het substraat voor hoge c synthetiseren -as ZnO dunne films omdat ZnO en saffier dezelfde hexagonale roosterstructuur. De ZnO werd gesynthetiseerd op saffiersubstraat vertoont ruwe oppervlakte morfologie en hoge overblijvende (defect-gerelateerde) carrier teweegbrengen vanwege de grote rooster misfits tussen ZnO en c -vlak saffier (18%) georiënteerd in de richting ¹⁶ in het vlak. Vergeleken met de saffiersubstraat, een Si-wafer is een veel gebruikte substraat voor de synthese ZnO. Si wafers zijn uitvoerig gebruikt in de halfgeleider industrie; en dus de groei van hoge kwaliteit ZnO dunne films op Si-substraten is zeer belangrijk en noodzakelijk. Helaas, de kristalstructuur en de thermische uitzettingscoëfficiënt tussen de ZnO en Si zijn duidelijk verschillend leidt tot verslechtering van de kristalkwaliteit. Over jaar hadden grote inspanningen gedaan om de kwaliteit van ZnO dunne films op Si-substraten te verbeteren met behulp van verschillende werkwijzen zoals ZnO bufferlagen ^17, gloeien in verschillende gasatmosfeer ^18, en passivering van het Si-substraat oppervlak ^19. Deze studie succes een eenvoudige en doeltreffende methode geboden voor het synthetiseren hoge c-as ZnO dunne film op Si-substraten zonder bufferlaag of voorbehandeling. De proef resultaten bleek dat de ZnO dunne films bereid bij de optimale groeitemperatuur toonde de goede kristal en optische eigenschappen. De kristalstructuur, RF plasma samenstelling, oppervlaktemorfologie en optische eigenschappen van ZnO dunne films werden onderzocht met röntgendiffractie (XRD), optische emissie spectroscopie (OES) veldemissie scAnning elektronenmicroscoop (FE-SEM) en RT fotoluminescentie (PL) spectra, respectievelijk. Bovendien werd de transmissie van ZnO dunne films ook bevestigd en gerapporteerd.

Het als zodanig gesynthetiseerde ZnO dunne film diende als sensorlaag UV fotodetector toepassing werd onderzocht in deze studie. De UV fotodetector heeft veel potentiële toepassingen in UV-monitoring, optische schakelaar, vlam alarm, en raketprogramma opwarming systeem ^20-21. Er zijn vele soorten van fotodetectoren die hebben uitgevoerd zoals positieve intrinsieke negatieve (pin) modus en metaal-halfgeleider-metaal (MSM) structuren, waaronder ohmse contact en Schottky contact. Elk type heeft zijn eigen voor- en nadelen. Momenteel hebben MSM fotodetector structuren intensieve rente aangetrokken vanwege hun uitstekende prestaties in responsiviteit, betrouwbaarheid en respons en herstel tijd ^22-24. De hier gepresenteerde resultaten tonen aan dat de MSM Geleidende modus werkteom ZnO dunne film gebaseerd UV fotodetector fabriceren. Zo'n soort fotodetector toont typisch een goede responsiviteit en betrouwbaarheid aangeeft dat de hoge c-as ZnO dunne film is een geschikte laag voor detectie UV fotodetector.