Method Article

Herstellung von transparenten leitenden Oxide durch Pulsed Laser Deposition Nano-engineered

DOI:

10.3791/50297

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February 27th, 2013

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1Department of Energy and NEMAS - Center for NanoEngineered Materials and Surfaces, Politecnico di Milano, 2Center for Nano Science and Technology, Instituto Italiano di Tecnologia

In This Article

Summary

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Wir beschreiben die experimentelle Methode nanostrukturierte Oxid Dünnschichten durch Nanosekunde Pulsed Laser Deposition (PLD) abzuscheiden in Gegenwart von einem Hintergrund Gas. Mit dieser Methode Al-dotiertem ZnO (AZO) Filmen, von kompakt bis hierarchisch nano-Baum Wälder strukturiert werden können hinterlegt.

Abstract

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Nanosekunde Pulsed Laser Deposition (PLD), in Gegenwart eines Hintergrundes Gas ermöglicht die Abscheidung von Metalloxiden mit abstimmbare Morphologie, Struktur, Dichte und die Stöchiometrie durch eine geeignete Steuerung der Plasmawolke Expansionsdynamik. Diese Vielseitigkeit kann ausgenutzt werden, um Filme aus nanostrukturierten kompakt und dicht ist, um durch eine nanoporöse hierarchische Anordnung von Nanogröße Clustern dadurch herzustellen. Insbesondere beschreiben wir die detaillierte Methode zwei Typen von Al-dotierte ZnO (AZO)-Folien als transparente Elektroden in Solarzellen herzustellen: 1) bei niedrigen O 2-Druck, kompakte Folien mit elektrischer Leitfähigkeit und optische Transparenz nahe dem Stand der Technik transparente leitfähige Oxide (TCO) kann bei Raumtemperatur aufgebracht werden, um die Kompatibilität mit thermisch empfindliche Materialien wie Polymere in der organischen Photovoltaik (OPV) verwendet; 2) hoch Lichtstreuung hierarchischen Strukturen ähnlich einem Wald von nano-Bäume sind Produkteuced bei höheren Drücken. Solche Strukturen weisen eine hohe Haze-Faktor (> 80%) und kann genutzt werden, um das Licht Fähigkeit zum Einfangen zu verbessern. Das Verfahren hier für AZO beschriebenen Folien können an anderen Metalloxiden, die für technische Anwendungen, wie TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 und Ag 4 O 4 eingesetzt werden.

Introduction

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Pulsed Laser Deposition (PLD) beschäftigt Laserablation eines festen Target, das in der Bildung eines Plasmas des abgetragenen Spezies, die auf einem Substrat, um einen Film (siehe Abbildung 1) 1 wachsen abgeschieden werden kann resultiert. Interaktion mit dem Hintergrund Atmosphäre (inert oder reaktiv) kann verwendet werden, um eine homogene Cluster Keimbildung in der Gasphase (siehe Abbildung 2) 2,3 induzieren. Unsere Strategie für Material-Synthese durch PLD auf die Abstimmung der Materialeigenschaften in einem Bottom-up-Ansatz durch sorgfältige Kontrolle der Plasma-Dynamik in der PLD-Verfahren erzeugt werden....

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Protocol

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Ein. Untergrundvorbereitung

  1. Cut 1 cm x 1 cm aus Siliziumsubstraten einem Si-Wafer, ist Silicon gut für SEM Charakterisierung (Draufsicht und Querschnitt).
  2. Cut 1 cm x 1 cm Glas (Kalk-Natron-, 1 mm dick), ist Glas optimal für optische und elektrische Charakterisierung.
  3. Wenn Kontakte auf Glassubstraten benötigt werden, können Au Kontakten im Vakuum unter Verwendung einer Maske verdampft werden. Kaution 10 nm Cr als Zwischenschicht zur Haftung von Au, Kaution 50 nm Au verbessern.
  4. Cut 1 cm x 1 cm Polymerprobe (zB Ethylentetrafluorethylen, ETFE).
  5. Reinigen Sie die Substrate durch Ultraschallbehandlung in Isopropano....

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Results

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Die Abscheidung von AZO PLD in Sauerstoffatmosphäre produziert kompakte transparente leitfähige Filme bei niedrigen Gasdruck Hintergrund (dh 2 Pa) und mesoporösen Wald-ähnliche Strukturen, die aus hierarchisch montiert Clustern bei hohen Drücken (dh 160 Pa). Das Material wird durch nanokristalline Domänen, deren maximale Größe ist (30 nm) bei 22 2 Pa gebildet.

Aufgrund von Kollisionen zwischen den abgetragenen Spezies und dem Hintergrundgas, variiert die Form und.......

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Discussion

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Die Plasma-Plume Form ist eng mit der Ablations-Verfahren verbunden, insbesondere in Gegenwart eines Gases, Überwachung der Plasmasäule durch visuelle Inspektion ist wichtig, um die Abscheidung zu steuern. Beim Aufbringen einer Metalloxidschicht durch Abtragen eines Oxid Target wird Sauerstoff benötigt, um Sauerstoff Verluste während der Ablation zu unterstützen. Bei niedrigeren Sauerstoff-Hintergrund Gasdruck, kann das abgeschiedene Material haben Sauerstoffleerstellen. Dieser Effekt wird durch Erhöhen der Gasdruck ver.......

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Disclosures

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Name des Reagenz / Material Firma Catalog Number
Pulsed Laser Continuum-Quantronix Powerlite 8010
Leistungsmesser Kohärent FieldMaxII-TO
Ion Gun Mantis Dep RFMax60
Mass Flow Controller Mks 2179 °
Quarzmikrowaage Infcon XTC / 2
Hintergrund Gas Rivoira-Praxair 5,0 Sauerstoff
Ziel Kurt Lesker (Made auf Anfrage)
Isopropanol Sigma Aldrich 190.764-2L
Quelle Meter Keithley K2400
Magnet Kit Ecopia 0.55T-Kit
Spektrophotometer PerkinElmer Lambda 1050

References

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  1. Pulsed Laser Deposition of Thin Films. Chrisey, D. B., Hubler, G. K. , John Wiley & Sons. New York. (1994).
  2. Lowndes, D. H., Geohegan, D. B., Puretzky, A. A., Norton, D. P., Rouleau, C. M. Synthesis of novel thin-film materials by pulsed laser deposition. Science. 273, 898(1996).
  3. Di Fonzo, F., Bailini, A., Russo, V., Baserga, A., C....

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Pulsed Laser DepositionTransparent Conducting OxidesAluminum doped Zinc OxideNanostructured FilmsOxygen Pressure ControlCompact FilmsHierarchical StructuresLight ScatteringElectrical ResistivityOptical Transmittance

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