Analiza transmisji optycznej półprzewodnikowych warstw NiO osadzanych metodą magnetronowego rozpylania katodowego

• Autorzy: Grochowski J. , Guziewicz M. , Borysiewicz M.

Warianty tytułu

EN

Optical transmittance analysis of semiconducting NiO films deposited by magnetron sputtering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Optyczne właściwości cienkich półprzewodnikowych warstw NiO wytwarzanych za pomocą reaktywnego magnetronowego rozpylania katodowego zbadano pod kątem transmisji optycznej. Określono szerokość przerwy energetycznej w zależności od warunków wzrostu warstwy. Elektryczne parametry warstw zmierzono metodą Hall'a bezpośrednio po osadzaniu oraz po procesach wygrzewania w tlenie i argonie w zakresie temperatur 200...700° C. Warstwy osadzane w temperaturze pokojowej przy zawartości tlenu w plazmie od 9% do 100% charakteryzują się transmisją poniżej 10%, przewodnictwem typu p oraz rezystywnością poniżej 0,5 Ω cm. Warstwy osadzane w podwyższonej temperaturze z zakresu 300...700° C charakteryzują się transmisją optyczną powyżej 60% oraz rezystywnością wyższą od 1 Ω cm. Wygrzewanie warstw w tlenie wywołuje zmiany transmisji i szerokości przerwy energetycznej w zależności od zastosowanej temperatury i czasu, przy czym obserwowano wzrost rezystywności po wygrzewaniu w wyższych temperaturach, zaś wygrzewanie w atmosferze argonu powoduje drastyczny spadek przewodnictwa. Warstwy NiO domieszkowano także węglem, co kilkukrotnie zmniejszało ich rezystywność. Warstwy te po dodatkowym wygrzewaniu w tlenie charakteryzują się wyższym poziomem transmisji oraz szerszą przerwą energetyczną.

EN

Optical properties of thin semiconducting NiO films deposited by reactive magnetron sputtering were examined using optical transmittance measurements. Bandgap widths of these films were calculated in dependence of deposition process' parameters. Electrical properties of films were measured after deposition and annealing processes in 0₂ and Ar at temperatures from 200...700° C by Hali method. NiO films deposited at room temperature and having oxygen amount in process plasma varying from 9% to 100% are characterized by optical transmittance below 10%, p-type conduction and resistivity lower than 0.5 Ω cm. Films deposited at temperatures elevated from 300...700° C are characterized by transmittance above 60% and resistivity higher than 1 Ω cm. Annealing in oxygen results in change of optical transmittance level and bandgap width depending on used time and temperature. Resistivity is higher after annealing at higher temperatures in oxygen while annealing in argon ambient causes conductivity to drop dramatically. Doping thin NiO films with carbon was also performed which resulted in Iower resistivity few times. After additional annealing NiO:C films in O₂ their optical transmittance level raised and bandgap width widened.

Słowa kluczowe

PL

transparentne tlenki półprzewodnikowe; cienkie warstwy; tlenek niklu; magnetronowe rozpylanie katodowe

EN

transparent oxide semiconductors; thin films; NiO; magnetron sputtering

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 7
• Strony: 199--203
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Grochowski J.

autor

Guziewicz M.

autor

Borysiewicz M.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Subramanian B. i in.: Optoelectronic and electrochemical properties of nickel oxide (NiO) films deposited by DC reactive magnetron sputtering. Physica B, vol. 403, 2008, pp. 4104-4110.
• [2] Xerxes Steiner K. i in.: Solution deposited NiO thin-films as hole transport layers in organic photovoltaics. Organic Electronics, vol. 11, 2010, pp. 1414-1418.
• [3] D. Adler, J. Feinlieb: Electrical and Optical properties of narrowband materials. Physical Review B, vol. 2, nr 8, 1970, pp. 3112-3134.
• [4] Lei Ai i in.: Influence of substrate temperature on electrical and optical properties of p-type semitransparent conductive nickel oxide thin films deposited by radio frequency sputtering, Applied Surface Science, vol. 254, 2007, pp. 2401-2405.
• [5] Hotový I. i in.: Deposition and properties of Nikel oxide films produced by DC reactive magnetron sputtering, Vacuum, vol. 51, nr. 2, 1998, pp. 157-160.
• [6] Shin W., Murayama N.: High performance p-type thermoelectric oxide based on NiO. Materials Letters., vol. 45, 2000, pp. 302-306.
• [7] Krishnakumar S. R. i in.: Magnetic linear dichroism studies of in situ grown NiO thin films. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 210, 2007, pp. 8-12.
• [8] Hotový I. i in.: Preparation and characterization of NiO thin films for gas sensor applications. Vacuum, vol. 58, 2000, pp. 300-307.
• [9] Hotovy I. i in.: Enhancement of H2 sensing properties of NiO-based thin films with a Pt surface modification. Sensors and Actuators B, vol. 103, 2004, pp. 300-311.
• [10] Hotovy I. i in.: „The influences of preparation parameters on NiO thin film properties for gas-sensing application”, Sensors and Actuators B, vol. 78, 2001, pp. 126-132.
• [11] Leong-M. Choi, Seongil Im: Ultraviolet enhanced Si-photodetector using p-NiO films. Applied Surface Science, vol. 244, 2005, pp. 435-138.
• [12] Fei-bao Zhang i in.: Nanocrystalline NiO as an electrode material for electrochemical capacitor. Material Chemistry and Physics, vol. 83, 2004, pp. 260-264.
• [13] Azens A. i in.: Sputter-deposited Nikel oxide for electrochromic applications. Solid State lonics, vol. 113-115, 1998, pp. 449-456.
• [14] Ying Zhou i in.: Influence of thermal annealing on optical propertiesand surface morphology of NiOx thin films. Materials Letters, vol. 61, 2007, pp. 2482-2485.
• [15] Ying Zhou i in.: Thermal, structural and optical properties of NiOx thin films deposited by reactive dc-magnetron sputtering. Materials Science and Engineering B, vol. 135, 2006, pp. 125-128.
• [16] H. Y. Ryu i in.: Preferred orientations of NiO thin films prepared by RF magnetron sputtering. Journal of Materials Science Letters, vol. 39, 2004, pp. 4375-377.
• [17] B. Sasi i in.: Preparation of transparent and semiconducting NiO films. Vacuum, vol. 68, 2002, pp. 149-154.
• [18] Agarwal H. R. i in.: Effect of deposition pressure on the microstructure and electrochromic properties of electron-beam-evaporated nickel oxide films. Thin Solid Films, vol. 221, 1992, pp. 239-253.
• [19] R. C. Korosec, P. Bukovec: Sol-Gel Prepared NiO Thin Films for Electrochromic Applications. Acta Chimica Slovenica., vol. 53, 2006, pp. 136-147.
• [20] M. Tanaka i in.: Transition metal oxide films prepared by pulsed laser deposition for atomic beam detection. Thin Solid Films, vol. 281-282, 1996, pp. 453-456.
• [21] Salah A. Makhlouf, Kamal M. S. Khalil: Humidity sensing properties of NiO/AI2O3 nanocomposite materials. Solid State Ionics, vol. 164, 2003, pp. 97-106.
• [22] V. Biju, M. Abdul Khadar: Analysis of AC electrical properties of nanocrystalline nickel oxide. Materials Science and Engineering, vol. A304-306, 2001, 814-817.
• [23] Van der Pauw L. J.: A method of measuring specific resistivity and hall effect of discs of arbitrary shape. Philips Research Reports, vol. 13, nr 1, 1958, pp. 1-9.
• [24] Pankove J. I.: Optical Processes in Semiconductors. Dover, New York, 1975.