Морфологические, оптические и фотолюминесцентные свойства тонких пленок ZnO на подложке Al2O3

Тонкие прозрачные проводящие пленки оксида цинка представляют интерес для применения в различных областях науки и техники, в том числе в антиобледенительных системах стекол в самолетах, в покрытиях, уменьшающих статический электрический заряд на панелях измерительных приборов, в электрических контактах к жидким кристаллам, электрохромных и электролюминесцентных индикаторах для дисплеев, разработках высокоэффективных солнечных элементов. Тонкие пленки оксида цинка на подложках из анодного оксида алюминия сформированы на пористой стороне и на барьерном слое γ-оксида алюминия при высокочастотном импульсно-периодическом лазерном осаждении в вакууме. Методом атомно-силовой микроскопии изучены морфологии полученных пленок и отмечены их различия в зависимости от стороны подложки. Экспериментально исследованы оптические свойства пленок в ближней ИК-области, а также особенности их фотолюминесцентных характеристик. Конструкции подложка Al₂O₃ – пленка ZnO в качестве чувствительного слоя могут быть применены для разработки сенсоров и тандемных солнечных элементов.

1. Yu, X. Metal oxides for optoelectronic applications / X. Yu, T. J. Marks, A. Facchetti // Nat. Materi. – 2016. – Vol. 15, № 4. – P. 383–396. https://doi.org/10.1038/nmat4599

2. Stadler, A. Transparent Conducting Oxides – An Up-To-Date Overview / A. Stadler // Materials. – 2012. – Vol. 5, № 12. – P. 661–683. https://doi.org/10.3390/ma5040661

3. Wager, J. F. Transparent electronics / J. F. Wagner, D. A. Keszler, R. E. Presley. – Springer Science + Business Media, LLC, 2008. – 217 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-72342-6

4. Thin film solar cells: fabrication, characterization, and application / eds. J. Poortmans and V. Arkhipov. – John Wiley and Sons Inc, 2006. – 504 p. https://doi.org/10.1002/0470091282

5. Wöll, C. The chemistry and physics of zinc oxide surfaces / C. Wöll // Prog. Surf. Sci. – 2007. – Vol. 82, № 2/3. – P. 55–120. https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2006.12.002

6. Janotti, A. Fundamentals of zinc oxide as a Semiconductor / A. Janotti, C. Van de Walle // Rep. Prog. Phys. – 2009. – Vol. 72, № 12. – Р. 126501 (29 p). https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/12/126501

7. A comprehensive review of ZnO materials and devices / Ü. Özgür [et al.] // J. Appl. Phys. – 2005. – Vol. 98, № 4. – P. 041301–041494. https://doi.org/10.1063/1.1992666

8. Ellmer, K. ZnO and Its Applications / K. Ellmer, A. Klein // Transparent Conductive Zinc Oxide. Basics and Applications in Thin Film Solar Cells. – Berlin: Springer-Verlag, 2008. – P. 1–33. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73612-7_1

9. Djurišić, A. B. Review ZnO nanostructures for optoelectronics: Material properties and device applications / A. B. Djurišić, A. M. C. Ng, X. Y. Chen // Prog. Quant. Electron. – 2010. – Vol. 34, № 4. – P. 191–259. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2010.04.001

10. Evolution of ZnO microstructures from hexagonal disk to prismoid, prism and pyramid and their crystal facet-dependent gas sensing properties / Nan Qin [et. al.] // CrystEngComm. – 2014. – Vol. 16, № 30. – P. 7062–7073. https://doi.org/10.1039/c4ce00637b

11. Electrical conductivity and optical properties of ZnO nanostructured thin film / M. Caglar [et. al.] // Appl. Surf. Sci. – 2009. – Vol. 255, № 8. – P. 4491–4496. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.11.055

12. Физика высокопроводящих прозрачных материалов на основе широкозонного оксида цинка / Г. В. Лашкарев [и др.] // Физика низких температур. – 2017. – Т. 43, № 4. – С. 643–648.

13. Cинтез и характеризация наноструктурированных слоев оксида цинка для сенсорики / Л. К. Крастева [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т. 47, № 4. – С. 564–569.

14. Наноструктурированные материалы на основе оксида цинка для гетероструктурных солнечных элементов / А. А. Бобков [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т. 49, № 10. – С. 1402–1406.

15. Синтез наноструктур на основе оксида цинка для создания гетероструктурных фотовольтаических элементов / Н. А. Лашкова [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2016. – Т. 50, № 9. – С. 1276–1282.

16. Crystallinity, Stoichiometry, and Luminescence of High Quality ZnO Nanoclusters / D. Tainoff [et al.] // J. Phys. Chem. C. – 2008. – Vol. 112, № 33. – P. 12623–12627. https://doi.org/10.1021/jp8006156

17. Ellmer, K. Transparent Conductive Zinc Oxide and Its Derivatives / K. Ellmer // Handbook of transparent conductors /eds.: D. S. Ginley, H. Hosono, D. C. Paine. – New York: Springer, 2010. – P. 193–263. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-1638-9_7

18. Лянгузов, Н. В. Синтез наноструктур на основе оксида цинка и их физические свойства: дис. ... канд. физ.-мат. наук / Н. В. Лянгузов. – Ростов н/Д, 2014. – 105 л.

19. Кашкул, И. Н. К. Технология и свойства пленок оксида цинка для тонкопленочных солнечных модулей: дис. ... канд. техн. наук / И. Н. К. Кашкул. – СПб., 2017. – 117 л.

20. Наноструктурированные материалы на основе оксида цинка для гетероструктурных солнечных элементов / А. А. Бобков [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т. 49, вып. 10. – С. 1402–1406.

21. Крастева, Л. К. Синтез и характеризация наноструктурированных слоев оксида цинка для сенсорики / Л. К. Крастева [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т. 47, вып. 4. – С. 564–569.

22. Воробьева, Н. А. Нанокристаллический ZnO(M) (M = Ga, In) для газовых сенсоров и прозрачных электродов: дис. ... канд. хим. наук / Н. А. Воробьева. – М., 2015. – 180 л.

23. The effect of indium doping on structural, electrical conductivity, photoconductivity and density of states properties of ZnO films / C. E. Benouis [et al.] // J. Alloys Compd. – 2010. – Vol. 490, № 1/2. – P. 62–67. doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.10.098

24. Проводимость нанокристаллического ZnO(Ga) / Н. А. Воробьева [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т.47, вып. 5. – С. 637–641.

25. Работкин, С. В. Нанесение прозрачных проводящих покрытий на основе оксида цинка методом магнетронного распыления: дис. ... канд. техн. наук / С. В. Работкин. – Томск, 2009. – 146 с.

26. Зима, В. Н. Cтруктура и морфология пленок оксида цинка, полученных реактивным магнетронным напылением / В. Н. Зима, А. Г. Козлов, Т. Н. Танская // Вестн. Ом. ун-та. – 2013. – № 2. – С. 75–79.

27. Перспективы импульсного электроосаждения иерархических наноструктур оксида цинка / Н. П. Клочко [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т. 47, вып. 8. – С. 1129–1136.

28. Получение прозрачных проводящих нанокристаллических пленок оксида цинка методом импульсного лазерного осаждения / Д. Е. Вакулов [и др.] // Фундамент. исслед. – 2012. – № 11 (ч. 2). – С. 373–376.

29. Семикина, Т. В. Диодные структуры и электрические свойства пленок ZnO, полученных методом атомного послойного осаждения / Т. В. Семикина // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 2016. – Вып. 51. – С. 150–157.

30. Чумаков, A. Н. Плазмообразование при высокочастотном импульсно-периодическом лазерном воздействии на металлы в воздухе при пониженном и атмосферном давлении / A. Н. Чумаков, В. Б. Aвраменко, Н. A. Босак // Журн. прикладной спектроскопии. – 2012. – Т. 79, № 2. − С. 279−287.

31. Структура и оптические свойства углеродных пленок, полученных при многоимпульсном лазерном осаждении / А. Н. Чумаков [и др.] // Журн. прикладной спектроскопии. – 2012. – Т. 79, № 4. − С. 681–685.

32. Оптические свойства лазерно-осаждаемых тонких пленок оксида цинка / А. Н. Чумаков [и др.] // Электроника-инфо. – 2016. – № 2. – С. 32–37.

33. Чумаков, А. Н. Приповерхностное плазмообразование в воздухе при двухимпульсном лазерном воздействии на двух длинах волн / А. Н. Чумаков, Н. А. Босак, А. В. Панина // Журн. прикладной спектроскопии. – 2017. – Т. 84, № 4. – С. 595–602.

34. Photoluminescent properties of nanoporous anodic alumina doped with manganese ions / I. V. Gasenkova [et. al.] // J. Lumin. – 2017. – Vol. 185. – P. 298–305. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.01.030

35. Оптические характеристики пористого оксида алюминия, модифицированного оксидом хрома / И. В. Гасенкова [и др.] // Пористые проницаемые материалы: технологии и изделия на их основе: материалы 6-го Междунар. симп., 19–20 окт. 2017 г., Минск, Беларусь. – Минск, 2017. – C. 298–304.

36. Ахроматические фазовые пластинки с переменной разностью фаз на основе нанопористого оксида алюминия / В. А. Длугунович [и др.] // Наноструктурные материалы-2016: Беларусь – Россия – Украина (Нано-2016): материалы V Междунар. науч. конф., 22–25 нояб. 2016 г., Минск, Беларусь. – Минск, 2016. – С. 472–475.

37. Пороговые детекторы ионизирующих и ультрафиолетовых излучений на основе наноструктурированных подложек из анодного оксида алюминия / М. В. Ясин [и др.]; под ред. Н. И. Мухурова. – Минск: Бестпринт, 2016. – 178 с.

38. Gasenkova, I. V. Photoluminescence properties of anodic alumina / I. V. Gasenkova, N. I. Mukhurov, S. P. Zhvavyi // Photoluminescence: Applications, Types and Efficacy / eds: Merle A. Case and Bradford C. Stout. – Publishers, Inc. 2012. – P. 195–225. – (Series: Physics Research and Technology Nova Science).

39. Gasenkova, I. V. Photoluminescence properties of anodic alumina for application in optical sensors using SERS / I. V. Gasenkova, N. I. Mukhurov, S. P. Zhvavyi // Optical Sensors 2011; and Photonic Crystal Fibers V: Proc. SPIE. – [S. l.], 2011. – Vol. 8073. – P. 807328 (10 p). https://doi.org/10.1117/12.886464

40. Mukhurov, N. I. Ordered Growth of Anodic Aluminum Oxide in Galvanostatic and Galvanostatic-Potentiostatic Mode / N. I. Mukhurov, I. V. Gasenkova, I. M. Andruhovich // J. Mater. Sci. Nanotechnol. – 2014. – Vol. 1, iss. 1. – P. 1–6. https://doi.org/10.15744/2348-9812.1.s110