Síntese e Caracterização de alta c-eixo ZnO Thin Film por Plasma aprimorado Chemical Vapor Deposition Sistema e sua Aplicação Photodetector UV

ZnO é um material semicondutor funcional wide-band-gap promissor, devido às suas propriedades únicas, como alta estabilidade química, baixo custo, não-toxicidade, baixo limiar de energia para o bombeamento óptico, gap direto largo (3,37 eV) a TA e grande éxciton energia de ~ 60 meV ^1-2 vinculativo. Recentemente, ZnO filmes finos têm sido utilizados em muitos campos de aplicação, incluindo óxido condutor (TCO) películas transparentes, dispositivo emissor de luz azul, transistores de efeito de campo, e sensores de gás ^3-6. Por outro lado, ZnO é um material candidato a substituir o óxido de índio e estanho (ITO), devido à índio e estanho sendo rara e cara. Além disso, ZnO possui alta transmitância óptica na região de comprimento de onda visível e baixa resistividade em comparação com ITO filmes ^7-8. Consequentemente, a fabricação, caracterização e aplicação de ZnO tem sido amplamente relatados. O presente estudo centra-se na síntese c -axis (0002) filmes finos de ZnO elevados por um simples umd eficaz método e sua aplicação prática no sentido de um fotodetector UV.

Os resultados recentes indicam que o relatório de pesquisa a alta qualidade do filme fino de ZnO pode ser sintetizado por várias técnicas, tais como método sol-gel, de frequência de rádio pulverização catódica, deposição química de vapor de metal orgânico (MOCVD), e assim por diante ^9-14. Cada técnica tem as suas vantagens e desvantagens. Por exemplo, a principal vantagem da deposição da pulverização catódica é que os materiais de destino com muito alto ponto de fusão são facilmente estalou sobre o substrato. Em contraste, o processo de pulverização catódica é difícil de combinar com um elevador-off para estruturar o filme. Em nosso estudo, o sistema de deposição de vapor químico de plasma reforçada (PECVD) foi utilizado para sintetizar alta qualidade c -axis ZnO filmes finos. Bombardeamento de plasma é um factor chave no processo de síntese que pode aumentar a densidade do filme fino e melhorar a taxa de reacção de decomposição de iões ^15. DentroAdicionalmente, a taxa de crescimento elevada e uniforme a deposição de grande área são outras vantagens distintas para técnica de PECVD.

Exceto para a técnica de síntese, a boa adesão no substrato é outra questão considerada. Em diversos estudos, a safira C -Plane tem sido amplamente utilizado como o substrato para sintetizar alta C -axis ZnO filmes finos, pois o ZnO e safira tem a mesma estrutura hexagonal. No entanto, o ZnO foi sintetizado no substrato de safira exibindo morfologia de superfície áspera e altas concentrações residuais (defeito) relacionada com a portadora, devido às grandes desajustes entre a treliça ZnO e safira -Plane C (18%) orientadas na direcção no plano ^16. Comparado com o substrato de safira, uma bolacha de Si é um outro substrato amplamente utilizados para a síntese de ZnO. Wafers Si têm sido amplamente utilizados na indústria de semicondutores; e, assim, o crescimento de alta qualidade ZnO filmes finos sobre substratos de Si é muito importante e necessário. Infelizmente, a estrutura cristalina e coeficiente de expansão térmica entre o ZnO e Si são, obviamente, que pode levar à deterioração da qualidade do cristal. Ao longo última década, foram feitos grandes esforços para melhorar a qualidade de ZnO filmes finos sobre substratos de Si usando vários métodos, incluindo camadas de ZnO tampão ^17, recozimento em vários atmosfera de gás ^18, e passivação da superfície do substrato Si ^19. O presente estudo oferece com sucesso um método simples e eficaz para sintetizar alta C -axis ZnO filme fino sobre substratos de Si sem qualquer camada ou tampão de pré-tratamento. Os resultados experimentais indicaram que os filmes finos de ZnO sintetizados sob a temperatura de crescimento óptima mostrou boa cristal e qualidades ópticas. A estrutura cristalina, composição de plasma de RF, morfologia da superfície, e as propriedades ópticas dos filmes finos de ZnO foram investigados por difracção de raios-X (XRD), espectroscopia de emissão óptica (OES), Field Emission SCmicroscopia eletrônica de Anning (FE-SEM), e RT fotoluminescência (PL) espectros, respectivamente. Além disso, a transmitância de filmes finos de ZnO também foi confirmada e relatados.

A fina película de ZnO como sintetizada serviu como uma camada de detecção para a aplicação fotodetector UV também foi investigada neste estudo. O fotodetector UV tem grandes potenciais aplicações em monitoramento UV, interruptor óptico, alarme chama e sistema de aquecimento de mísseis ^20-21. Há muitos tipos de fotodetectores que têm sido levadas a cabo, tais como modo negativo intrínseco positivo (pinos) e de metal-metal-semicondutor (MSM), incluindo estruturas Conexão condutora e contato Schottky. Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens. Atualmente, as estruturas de fotodetectores MSM têm atraído interesse intensiva devido ao seu excelente desempenho em responsividade, confiabilidade e tempo de resposta e recuperação ^22-24. Os resultados aqui apresentados demonstram que o modo de contacto foi utilizado MSM óhmicapara fabricar fotodetector UV baseado ZnO filme fino. Tal tipo de fotodetector normalmente revela uma boa responsividade e fiabilidade, o que indica que a elevada c -axis ZnO película fina é uma camada de detecção adequado para o fotodetector UV.