Synthèse et caractérisation de l'axe c Haute ZnO Thin Film par Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition système et son application Photodetector UV

ZnO est un matériau prometteur de semi-conducteurs fonctionnelle large bande interdite en raison de ses propriétés uniques telles que la stabilité chimique élevée, à faible coût, la non-toxicité, le seuil de faible puissance pour le pompage optique, bande interdite directe de large (3,37 eV) à température ambiante et grande exciton l'énergie de ~ 60 meV ^1-2 contraignant. Récemment, des films minces de ZnO ont été utilisés dans de nombreux domaines d'application, y compris oxyde conducteur (TCO) des films transparents, dispositif de lumière bleue électroluminescente, transistors à effet de champ, et de capteurs de gaz ^3-6. D'autre part, le ZnO est un matériau candidat pour remplacer l'oxyde d'étain indium (ITO) en raison de l'étain et d'indium étant rare et coûteux. En outre, ZnO possède transmittance optique élevée dans la région de longueur d'onde visible et à faible résistivité par rapport à des films d'ITO ^7-8. En conséquence, la fabrication, la caractérisation et l'application de ZnO a été largement rapporté. La présente étude se concentre sur la synthèse de l'axe c (0002) ZnO films minces élevés par un simple, unD efficacement méthode et son application pratique vers un photodétecteur UV.

Les conclusions du rapport de recherche récents indiquent que le ZnO film mince de haute qualité pourrait être synthétisé par diverses techniques telles que la méthode sol-gel, la fréquence radio pulvérisation magnétron, dépôt organométallique chimique en phase vapeur (MOCVD), et ainsi de suite ^9-14. Chaque technique a ses avantages et ses inconvénients. Par exemple, un avantage principal de dépôt par pulvérisation cathodique est que les matériaux cibles ayant un point de fusion très élevé sont facilement pulvérisées sur le substrat. En revanche, le procédé de pulvérisation est difficile à combiner avec un lift-off pour la structuration du film. Dans notre étude, le système plasma dépôt chimique en phase vapeur (PECVD) a été utilisé pour synthétiser de haute qualité selon l'axe c des films minces de ZnO. Bombardement Plasma est un facteur clé dans le processus de synthèse qui peut augmenter la densité de la couche mince et d'améliorer la vitesse de réaction de décomposition d'ions ^15. DansDe plus, le taux de croissance élevé et de grande surface dépôt uniforme sont d'autres avantages distinctifs pour technique PECVD.

Sauf pour la technique de synthèse, la bonne adhérence sur le substrat est une autre question examinée. Dans de nombreuses études, le saphir de c-Plane a été largement utilisé en tant que substrat pour la synthèse de haut selon l'axe c des films minces de ZnO parce que le ZnO et le saphir ont la même structure en treillis hexagonal. Cependant, le ZnO a été synthétisé sur saphir substrat présentant une morphologie de surface rugueuse et résiduelles concentrations de porteurs élevée (connexe de défauts) En raison du grand marginaux de réseau entre le ZnO et c-Plane saphir (18%) orientées dans la direction dans le plan ^16. En comparaison avec le substrat de saphir, une tranche de Si est un autre substrat couramment utilisé pour la synthèse ZnO. Tranches de Si ont été largement utilisés dans l'industrie du semi-conducteur; et, par conséquent, la croissance de films minces de ZnO de haute qualité sur des substrats de Si est très important et nécesSary. Malheureusement, la structure cristalline et le coefficient de dilatation thermique entre le ZnO et Si sont évidemment différentes conduisant à une détérioration de la qualité du cristal. Au cours des dix dernières années, de grands efforts ont été faits pour améliorer la qualité de ZnO films minces sur des substrats de Si à l'aide de divers procédés comprenant des couches de ZnO tampon ^17, un recuit en atmosphère de gaz divers ^18, et la passivation de la surface du substrat de Si ^19. La présente étude a offert avec succès une méthode simple et efficace pour synthétiser haute axe c ZnO film mince sur des substrats de silicium sans couche tampon ou de pré-traitement. Les résultats de l'expérience indiquent que les films minces de ZnO synthétisés sous la température optimale de croissance de cristal ont montré le bien et qualités optiques. La structure cristalline, la composition du plasma RF, la morphologie de surface et les propriétés optiques des couches minces de ZnO ont été examinées par diffraction des rayons X (XRD), spectroscopie d'émission optique (OES), sc à émission de champAnning microscopie électronique (FE-SEM), et RT photoluminescence (PL) spectres, respectivement. En outre, la transmittance de films minces de ZnO a également été confirmé et signalé.

Le film mince de ZnO tel que synthétisé a été une couche de détection pour l'application de photodétecteur UV a également été étudié dans cette étude. Le photo-détecteur UV a de grandes applications potentielles dans la surveillance des UV, commutateur optique, alarme flamme, et missiles système de réchauffement ^20-21. Il existe de nombreux types de photodétecteurs qui ont été menées telles que le mode (broche) de négative intrinsèque positive et métal-semiconducteur-métal (MSM) structures y compris le contact ohmique et contact Schottky. Chaque type a ses propres avantages et inconvénients. Actuellement, les structures de photodétecteurs MSM ont suscité un intérêt intensive en raison de leur performance exceptionnelle dans la réceptivité, la fiabilité et la réponse et le temps de récupération ^22-24. Les résultats présentés ici ont montré que le mode de contact ohmique MSM a été employépour fabriquer ZnO film mince photodétecteur UV base. Un tel type de photodétecteur révèle généralement une bonne réceptivité et de fiabilité, ce qui indique que la haute axe c ZnO film mince est une couche de détection approprié pour photodétecteur UV.