Charakteryzacja i właściwości przezroczystych warstw półprzewodnikowych na bazie mieszaniny tlenków tytanu i wanadu dla transparentnej elektroniki

• Autorzy: Domaradzki J. , Kaczmarek D. , Sieradzka K. , Mazur M. , Wojcieszak D. , Morgiel J.

Warianty tytułu

EN

Characterization and properties of transparent semiconducting thin films based on mixtures of titanium and vanadium oxides for transparent electronics

• Konferencja: Krajowa Konferencja Elektroniki (12 ; 10-13.06.2013 ; Darłówko Wschodnie ; Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na przestrzeni ostatnich dwóch dekad można było zauważyć znaczny wzrost zainteresowania badaniami naukowymi, dotyczącymi wytwarzania oraz badania właściwości nowego typu nieorganicznych materiałów tlenkowych o takich unikatowych właściwościach, jak duża przezroczystość w zakresie widzialnych fal świetlnych oraz duże przewodnictwo elektryczne o elektronowym lub dziurawym typie w temperaturze pokojowej. Wprawdzie takie materiały, jak SnO₂ czy In₂O₃ są dobrze znane od wielu lat, jednakże nawet obecnie są one stosowane prawie wyłącznie jako przezroczyste elektrody. Przez wiele lat brak dobrze przewodzących i przezroczystych materiałów o dziurawym typie przewodnictwa elektrycznego stanowił poważne ograniczenie w możliwości wytwarzania w całości przezroczystych elementów złączowych, które są podstawą działania urządzeń elektronicznych, jak diody czy tranzystory. Dopiero prace wykonane w latach 90. u.b.w. przyczyniły się do powstania nowej dziedziny naukowej, która łączy nowoczesną elektronikę tlenkową oraz fotonikę – transparentną elektronikę. Przegląd literatury światowej pokazuje, że obecne prace badawcze wciąż koncentrują się jeszcze na poszukiwaniu nowych materiałów tlenkowych, w szczególności takich, które mogłyby w przyszłości zastąpić tlenki na bazie indu. W niniejszej pracy opisano elektryczne i optyczne właściwości cienkich warstw w postaci mieszaniny tlenków tytanu i wanadu wytworzonych metodą rozpylania magnetronowego. Analiza wyników uzupełniona badaniami metodą dyfrakcji rentgenowskiej oraz za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego pokazała, że przez dobór ilości tytanu i wanadu możliwe jest wytwarzanie przezroczystych i półprzewodnikowych cienkich warstw o elektronowym lub dziurawym typie przewodnictwa elektrycznego, które w przyszłości mogłyby znaleźć zastosowanie w transparentnej elektronice.

EN

During last two decades one can see significant increase in the works concerning preparation and characterizattion of a new kind of inorganic oxide-based materials with such unique properties as high transparency in the visible light range and high electrical conductivity of either electron or hole type in a room temperature. Although, some of such materials, like SnO₂ or In₂O₃ have been quite well known for years, but even today they are applied mostly for preparation of transparent n-type electrical contacts. For years the lack of well conductive, transparent p-type materials has limited the preparation of the whole transparent electronics junctions which are the fundamental blocks needed for realization of diodes or transistors. The works concerned mostly in Japan in 90’ of last century have contributed to establishment of new scientific domain that join modern oxide electronics and photonics – transparent electronics. The survey of world literature shows, that at present main scientific works are focused still on searching for new materials, especially those that would replace toxic indium-based oxides. This paper describes the electrical and optical properties of thin films of mixtures of vanadium and titanium oxides prepared by magnetron sputtering. The analysis supported by examination with the aid of x-ray diffaction and transmission electron microscopy has shown that by a selection of the quantity of components it is possible to prepare well transparent and semiconducting thin films with either p or n-type conduction, which may find future application in transparent electronics.

Słowa kluczowe

PL

przezroczysty tlenek półprzewodnikowy; cienka warstwa; rozpylanie magnetronowe; dwutlenek tytanu

EN

transparent oxide semiconductor; thin film; magnetron sputtering; titanium dioxide

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 10
• Strony: 21--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr.

Twórcy

autor

Domaradzki J.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Kaczmarek D.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Sieradzka K.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Mazur M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Wojcieszak D.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wrocław

autor

Morgiel J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk, Kraków

Bibliografia

• [1] C. G. Granqvist, A. Hultaker, „Transparent and conducting ITO film: new developments and applications”, Thin Solid Films, vol. 411, pp. 1-5, 2002.
• [2] J. F. Wagner, D. A. Keszler, R. E. Presley, „Transparent Electronics”, Springer, 2008.
• [3] H. L. Hartnagel, A. L. Dawar, A. K. Jain, C. Jagadish, „Semiconducting transparent thin films”, Institute of Physics Publishing, Bristol, 1995.
• [4] T. Kamiya, H. Hosono, „Electronic structures and device applications of transparent oxide semiconductors: what is the real merit of oxide semiconductors?”, Int. J. Appl. Ceram. Technol., vol. 2, pp. 285-294, 2005.
• [5] T. Minami, „Present status of transparent conducting oxide thin-films development for Indium-Tin-Oxide (ITO) substitutes”, Thin Solid Films, vol. 516, pp. 5822-5828, 2006.
• [6] D. S. Ginley, C. Bright, „Transparent conducting oxides”, MRS Bulletin, April, 2000.
• [7] M. Ohring, „The materials science of thin films”, Academic Press, Boston, 1992.
• [8] K. Ueda, T. Hase, H. Yanagi, H. Kawazoe, H. Hosono, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, „Epitaxial growth of transparent p-type conducting CuGaO2 thin films on sapphire (001) substrates by pulsed laser deposition”, J. Appl. Phys., vol. 89, pp. 1790-1793, 2001.
• [9] A. Kudo, H. Yanagi, H. Hosono, H. Kawazoe, SrCu2O2: „A p-type conductive oxide with wide band gap”, Appl. Phys. Lett., vol. 73, pp. 220-222, 1998.
• [10] S. Sheng, G. Fang, C. Li, S. Xu, X. Zhao, „P-type transparent conducting oxides”, Phys. Status Solidi a, vol. 203, pp. 1891-1900, 2006.
• [11] Y. Furubayashi, T. Hitosugi, Y. Yamamoto, Y. Hirose, G. Kinoda, K. Inaba, T. Shimada, T. Hasegawa, „Atransparent metal:Nb-doped anatase TiO2”, Appl. Phys. Lett., vol. 86, pp. 252101-1÷252101-3, 2005.
• [12] Y. Furubayashi, T. Hitosugi, Y. Yamamoto, Y. Hirose, G. Kinoda, K. Inaba, T. Shimada, T. Hasegawa, „Novel transparent conducting oxide: Anatase Ti1_x NbxO2”, Thin Solid Films, vol. 496, pp. 157-159, 2006.
• [13] E. L. Prociów, M. Mazur, J. Domaradzki, D. Wojcieszak, D. Kaczmarek, K. Sieradzka, Ł. Franczyk, „Thermoelectrical, conductometrical and optical studies of gas sensing Tio2:(V, Ta) thin films”, Elektronika R53, nr 4, pp. 28-30, 2012.
• [14] M. Mazur, D. Wojcieszak, J. Domaradzki, D. Kaczmarek, K. Baniewicz, P. Mazur, „Wpływ ilości domieszki na właściwości trybologiczne cienkich warstw TiO2:Nd”, Elektronika R54, nr 1, pp. 12-15, 2013.
• [15] H. Peng, „First-principles study of native defects in rutile TiO2”, Physics Letters A, vol. 372, pp. 1527-1530, 2008.
• [16] K. L. Frindell, M. H. Bartl, M. R. Robinson, G. C. Bazan, A. Popitsch, G. D. Stucky, „Visible and near-IR luminescence via energy transfer in rare earth doped mesoporous titania thin films with nanocrystalline walls”, Journal of Solid State Chemistry, vol. 172, pp. 81-88, 2003.