Tính chất cấu trúc, điện và quang của màng mỏng oxit dẫn điện trong suốt SnO2 pha tạp SmF3 cho các ứng dụng thiết bị quang điện tử
225 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.88.2023.123-130Từ khóa:
Màng SnO2 pha tạp SmF3; Oxit dẫn điện trong suốt (TCO); Nhúng phủ Sol–gel; Điện trở suất; TCO loại p.Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, các màng mỏng bán dẫn chứa oxit thiếc (SnO2) trong suốt loại p được lắng đọng trên đế thủy tinh bằng phương pháp phủ nhúng sol-gel sử dụng samarium-triflorua (SmF3) làm chất tạp nhận. Các màng này được điều chế bằng cách đồng pha tạp 2 mol.% SmF3 vào SnO2 (SFTO), tiếp theo là nhiệt độ ủ ở 475 °C. Kết quả phân tích XRD cho thấy màng thể hiện pha rutile tứ phương SnO2. Độ dẫn loại p của màng SFTO được xác định bằng phép đo hiệu ứng Hall và hệ số Seebeck. Điện trở suất và độ linh động của màng SnO2 pha tạp SmF3 lần lượt là 7.83 × 10–3 Ωcm và 7.57 cm2 V–1 s–1, giảm so với màng SnO2 không pha tạp. Nồng độ chất mang tăng lớn từ –9.34 ´ 1018 cm–3 đối với màng không pha tạp đến +1.05 × 1020 cm–3 đối với màng SnO2 pha tạp SmF3. Màng SFTO loại p cho thấy độ truyền qua cao 74.3% ở bước sóng 550 nm, với năng lượng vùng cấm là 3.63 eV. Ngoài ra, một dị thể p-SnO2:SmF3/n-ZnO:Al (mức pha tạp Al là 2 mol.%) trong suốt được chế tạo trên đế thủy tinh không chứa kiềm. Phép đo đường cong I-V đối với đi-ốt dị vòng p-n cho thấy đặc tính chỉnh lưu điển hình với điện áp mở thuận là 1.55 V. Với các đặc tính thu được, màng SFTO loại p hứa hẹn rất nhiều cho các ứng dụng thiết bị quang điện tử.
Tài liệu tham khảo
[1]. S. C. Dixon, D. O. Scanlon, C. J. Carmalt, and I. P. Parkin, "n-Type doped transparent conducting binary oxides: an overview," Journal of Materials Chemistry C, vol. 4, no. 29, pp. 6946-6961, (2016). DOI: https://doi.org/10.1039/C6TC01881E
[2]. C. P. Liu et al., "Room-Temperature-Synthesized High-Mobility Transparent Amorphous CdO-Ga(2)O(3) Alloys with Widely Tunable Electronic Bands," ACS Appl Mater Interfaces, vol. 10, no. 8, pp. 7239-7247, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.7b18254
[3]. M. Ahmadi, M. Asemi, and M. Ghanaatshoar, "Mg and N co-doped CuCrO2: A record breaking p-type TCO," Applied Physics Letters, vol. 113, no. 24, (2018). DOI: https://doi.org/10.1063/1.5051730
[4]. K. Jenifer, S. Arulkumar, S. Parthiban, and J. Y. Kwon, "A Review on the Recent Advancements in Tin Oxide-Based Thin-Film Transistors for Large-Area Electronics," Journal of Electronic Materials, vol. 49, no. 12, pp. 7098-7111, (2020). DOI: https://doi.org/10.1007/s11664-020-08531-x
[5]. K. Hui, K. S. Hui, L. Li, Y. Cho, and J. Singh, "Low resistivity p-type Zn1−xAlxO:Cu2O composite transparent conducting oxide thin film fabricated by sol–gel method," Materials Research Bulletin, vol. 48, no. 1, pp. 96–100, (2013). DOI: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.10.013
[6]. K. Ravichandran, K. Thirumurugan, N. Jabena Begum, and S. Snega, "Investigation of p-type SnO2:Zn films deposited using a simplified spray pyrolysis technique," Superlattices and Microstructures, vol. 60, pp. 327-335, (2013). DOI: https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.05.006
[7]. P. Sakthivel, S. Asaithambi, M. Karuppaiah, S. Sheikfareed, R. Yuvakkumar, and G. Ravi, "Different rare earth (Sm, La, Nd) doped magnetron sputtered CdO thin films for optoelectronic applications," Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 30, no. 10, pp. 9999-10012, (2019). DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-019-01342-9
[8]. N. B. A. Bouaine, G. Schmerber, C. Ulhaq-Bouillet, S. Colis, A. Dinia, , "Structural, Optical, and Magnetic Properties of Co-doped SnO2 Powders Synthesized by the Coprecipitation Technique", pp. 2924–2928, (2007). DOI: https://doi.org/10.1021/jp066897p
[9]. C. Li, W. Wei, T. Xia, H. Wang, Y. Zhu, and Y. Song, "La-doped SnO2 synthesis and its electrochemical property," Journal of Rare Earths, vol. 28, pp. 161-163, (2010). DOI: https://doi.org/10.1016/S1002-0721(10)60286-4
[10]. M. Arif, S. Monga, A. Sanger, P. M. Vilarinho, and A. Singh, "Investigation of structural, optical and vibrational properties of highly oriented ZnO thin film," Vacuum, vol. 155, pp. 662-666, (2018). DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.04.052
[11]. JCPDS Card No. 41–1445 for Tetragonal SnO2, (2007).
[12]. I. Y. Y. Bu, "Sol–gel deposition of fluorine-doped tin oxide glasses for dye sensitized solar cells," Ceramics International, vol. 40, no. 1, pp. 417-422, (2014). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.06.017
[13]. N. B. Ibrahim, M. H. Abdi, M. H. Abdullah, and H. Baqiah, "Structural and optical characterisation of undoped and chromium doped tin oxide prepared by sol–gel method," Applied Surface Science, vol. 271, pp. 260-264, (2013). DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.01.171
[14]. C. Benouis et al., "The low resistive and transparent Al-doped SnO2 films: p-type conductivity, nanostructures and photoluminescence," Journal of Alloys and Compounds, vol. 603, pp. 213–223, (2014). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.03.046
[15]. K. Ueda, S. Inoue, S. Hirose, H. Kawazoe, and H. Hosono, "Transparent p-type semiconductor: LaCuOS layered oxysulfide," Applied Physics Letters, vol. 77, no. 17, pp. 2701–2703, (2000). DOI: https://doi.org/10.1063/1.1319507
[16]. J. Singh, R. Kumar, V. Verma, and R. Kumar, "Structural and optoelectronic properties of epitaxial Ni-substituted Cr2O3 thin films for p-type TCO applications," Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 123, (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105483
[17]. Q.-P. Tran, J.-S. Fang, and T.-S. Chin, "Properties of fluorine-doped SnO2 thin films by a green sol–gel method," Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 40, pp. 664–669, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.07.047
[18]. F. Arefi-Khonsari, N. Bauduin, F. Donsanti, and J. Amouroux, "Deposition of transparent conductive tin oxide thin films doped with fluorine by PACVD," Thin Solid Films, vol. 427, no. 1-2, pp. 208–214, (2003). DOI: https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)01211-7
[19]. S. F. Ahmed, S. Khan, P. K. Ghosh, M. K. Mitra, and K. K. Chattopadhyay, "Effect of Al doping on the conductivity type inversion and electro-optical properties of SnO2 thin films synthesized by sol-gel technique," Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 39, no. 3, pp. 241-247, (2006). DOI: https://doi.org/10.1007/s10971-006-7808-x
[20]. E. S. T. G. J. Snyder, "Complex thermoelectric materials" in materials for sustainable energy: a collection of peer-reviewed research and review articles from Nature Publishing Group," World Scientific, pp. 101–110., (2011). DOI: https://doi.org/10.1142/9789814317665_0016
[21]. F. A. Kröger, "The Chemistry of Imperfect Crystals: Imperfection Chemistry of Crystalline Solids". North-Holland Publishing Company (etc.), (1974).
[22]. F. M. Hossain et al., "Modeling and simulation of polycrystalline ZnO thin-film transistors," Journal of Applied Physics, vol. 94, no. 12, (2003). DOI: https://doi.org/10.1063/1.1628834
[23]. S. Yu, W. Zhang, L. Li, D. Xu, H. Dong, Y. Jin, "Fabrication of p-type SnO2 films via pulsed laser deposition method by using Sb as dopant," Applied Surface Science, vol. 286, pp. 417-420, (2013). DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.107
