Механизмы синтеза и структура слоев оксида цинка

• Автор: Асваров, Абил Шамсудинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА СЛОЕВ гпО

1.1. Проблемы синтеза слоев оксида цинка

1.2. Газофазные методы синтеза слоев ХпО

1.3. Синтез слоев ХпО методом лазерного распыления

1.4. Синтез слоев ХпО методом магнетронного распыления

1.5. Пиролитические методы формирования слоев ZnO

1.6. Механизмы формирования нанообъектов на основе ZnO

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ПОТОКА РЕАГЕНТОВ НА МЕХАНИЗМЫ РОСТА СЛОЕВ ЪпО

2.1. Синтез слоев методом с1с магнетронного распыления

2.1.1. Реактивное распыление мишени Ъл в смеси Аг

2.1.2. Реактивное распыление мишени Ъп в атмосфере С02

2.1.3. Механизм распыления мишеней при бс магнетронном распылении
2.2. Синтез слоев методом лазерного распыления
23. Исследование механизмов формирования столбчатой структуры в слоях ZnO
2.3.1. Формирование катодного депозита ЪпО со столбчатой структурой при электродуговом распылении керамики ZnO
2.3.2. Механизмы роста столбчатых структур в слоях ZnO, синтезированных методом бс магнетронного распыления
ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМЫ РОСТА ПРОЗРАЧНЫХ ПРОВОДЯЩИХ СЛОЕВ НА ОСНОВЕ гпО
3.1. Влияние алюминия на структурные, элеюрические и оптические свойства слоев ZnO:Al
3.1.1. Исследование физических свойств слоев 7пО:А1, синтезированных методом бс магнетронного распыления
3.1.2. Исследование физических свойств слоев гпО:А1, синтезированных методом спрей-пиролиза

3.2. Синтез прозрачных проводящих слоев на основе ZnO, легированного галлием
3.2.1. Синтез керамических мишеней для dc магнетронного распыления
3.2.2. Исследование физических свойств прозрачных проводящих слоев ZnO:Ga и ZnO:Ga:B
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ ВИСКЕРОВ, СЛОЖНЫХ АГРЕГАТОВ И СЛОЕВ ZnO ПО МЕХАНИЗМУ «ПАР-ЖИДКОСТЬ-КРИСТАЛЛ»
4.1. Формирование вискеров и сложных агрегатов ZnO в системе «цинк-кислород»
4.1.1. Рост вискеров при окислении слоев Zn
4.1.2. Синтез вискеров и полых дендритных структур в системе ZnO - С
4.1.3. Рост сложных агрегатов ZnO в газовой фазе из паров и капель цинка
4.2. Синтез слоев ZnO в условиях избытка паров цинка
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность проблемы. Сочетание ряда уникальных свойств пленочных и объемных материалов на основе оксида цинка делают их привлекательными объектами для исследований и поиска новых приборных решений в области высоких технологий. Сообщения последних лет о синтезе слоев ZnO /7-типа проводимости и создании прозрачных транзисторов на их основе, оптической генерации при комнатной температуре в ультрафиолетовой области в слоях ZnO, новых методах синтеза прозрачных электродов подтверждают научную и практическую значимость исследований процессов синтеза и физических свойств слоев и наноструктур на основе ZnO.
Фактором, сдерживающим расширение использования слоев на основе оксида цинка в микро- и оптоэлектронных приборах, является отсутствие детального понимания гомогенных и гетерогенных процессов синтеза слоев, а также взаимосвязи параметров роста и физических свойств синтезированных структур. Наличие такой информации создает основу для воспроизводимого синтеза слоев с требуемыми характеристиками, а также расширяет сферу их применения.
Разнообразие привлекаемых методов синтеза обусловлено различием целей исследований, функциональным назначением слоев, а также требованиями экономического характера. При этом наиболее существенной представляется противоречивая задача поиска новых принципов синтеза слоев при относительно низких температурах в условиях, далеких от равновесных.
Значительное место в исследованиях процессов синтеза слоев на основе оксида цинка занимает поиск альтернативы традиционным дорогостоящим прозрачным электродам на основе системы 1п20з - БпОг (1ТО). Высокая электрическая проводимость и прозрачность в спектральном диапазоне 450 -650 нм делают ZnO перспективным материалом для жидкокристаллических систем отображения информации, солнечных элементов и низкоэмиссионных покрытий. Факторами, препятствующими практическому использованию,

ФЛ при комнатной температуре имеет полосу 375 нм и сопоставимую по интенсивности бесструктурную полосу 550 нм.
Упорядоченные массивы нанопрутьев ZnO были выращены методом MOCVD на подложке (0001)А12Оз из диэтилцинка при относительно небольших температурах (400° С) [129]. Перед синтезом массивов одномерных структур на поверхность наносился при комнатной температуре тонкий подслой оксида цинка. Вискеры имели ориентацию (0002) с полушириной дифракционного пика 0,6°, средний диаметр и длину 25 и 800 нм, соответственно. Наличие гексагональных пирамид на вершинах свидетельствует о некаталитическом слоевом механизме роста. Делается вывод, что вискеры зарождаются на частицах подслоя и растут в направлении максимальной скорости роста.
В статье [130] выполнен расчет стабильности малых кластеров Zn Д. Найдено, что глобальному минимуму соответствуют кольцевые структуры кластеров с I = 7. Трехмерные сферические структуры имеют минимум при I = 8; 9.
Нанослои с прогнозируемым размером зерен были синтезированы методом электроосаждения из диметилсульфоксида с различным содержанием ZnCl2 [131]. В синтезированных слоях размер зерен составлял от 118 до 275 нм. В силу квантоворазмерных эффектов полоса краевой ФЛ была локализована в области 351-356 нм.
Полые вискеры могут быть синтезированы путем окисления при 1100°С порошка ZnS [132]. Вискеры имели внешний диаметр около 400 нм, внутренний - 150 нм, длину - до 15 мкм. Спектр ФЛ образцов при комнатной температуре содержит сильную полосу 381 нм и бесструктурную - 583 нм. Полоса 381 нм обусловлена излучением свободного экситона. Модель авторов предполагает, что образовавшиеся на первом этапе агрегаты из паров цинка транспортируются в низкотемпературную область, где в результате взаимодействия с кислородом синтезируются вискеры. Вопрос о причине