Name: Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 18 s
Description: Poznaj metodę syntezy cienkich warstw ZnO o wysokiej osi c za pomocą PECVD i ich zastosowanie w fotodetektorach UV z elektrodami platynowymi. Technika zapewnia doskonałą responsywność i niezawodność.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana finansowo przez Ministerstwo Nauki i Technologii oraz Narodową Radę Nauki Republiki Chińskiej (numer umowy. NSC 101-2221-E-027-042 i NSC 101-2622-E-027-003-CC2). D. H. Wei dziękuje Narodowemu Uniwersytetowi Technicznemu w Tajpej (TAIPEI TECH) za przyznanie Nagrody im. Dr. Shechtmana.

1. Przygotowanie i czyszczenie podłoża
<ol>
	<li>Wyciąć podłoża krzemowe o wymiarach 10 mm x 10 mm z płytki Si(100).</li>
	<li>Wytnij podłoża szklane o wymiarach 10 mm x 10 mm.</li>
	<li>Za pomocą myjki ultradźwiękowej czyścić podłoża silikonowe i szklane acetonem przez 10 min, alkoholem przez 10 min, a następnie izopropanolem przez 15 min.</li>
	<li>Podłoża spłukać trzykrotnie wodą dejonizowaną (DI).</li>
	<li>Wysuszyć podłoża suszarką za pomocą pistoletu do azotu.</li>
</ol>
2. Przygotowanie i konserwacja DEZn
Uwaga: Diethylzinc (C2H5)2Zn, zwany również DEZn, jest wysoce piroforycznym związkiem cynkoorganicznym składającym się z centrum związanego z dwiema grupami etylowymi. Nigdy nie pracuj samodzielnie podczas korzystania z DEZn. DEZn jest bardzo toksyczny i wrażliwy na tlen i wodę, pamiętaj, aby nie umieszczać go w pobliżu wody. Zawsze noś maski ochronne i ochronę oczu; Wszystkie zabiegi należy wykonywać w kapturze. Co najważniejsze, niewykorzystany DEZn musi być przechowywany w środowisku o temperaturze 5 oC.
Uwaga: Dla pierwszego użycia DEZn, postępuj zgodnie z krokiem 2. Jeśli nie, rozpocznij eksperyment od kroku 3.
<ol>
	<li>Za pomocą strzykawki pobrać 30 ml DEZn z butelki, a następnie wstrzyknąć do zlewki umieszczonej w stalowym cylindrze.</li>
	<li>Użyj ocynkowanej żelaznej rury, aby połączyć stalowy cylinder z komorą reakcyjną.</li>
	<li>Użyj pompy mechanicznej i zaworu kulowego, aby przepompować stalową butlę w środowisku próżniowym (do 6 Torr). 
	Uwaga: DEZn będzie silnie reagować z tlenem, musi być utrzymywany w środowisku próżniowym.</li>
	<li>Nieużywany DEZn należy przechowywać w temperaturze 5 oC.</li>
</ol>
3. Przygotowanie i synteza cienkich warstw ZnO w komorze PECVD
Uwaga: Schemat ideowy chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmą jest przedstawiony na rysunku 1.
<ol>
	<li>Ustaw odległość roboczą między elektrodą głowicy prysznicowej a stolikiem na próbkę na 30 mm.</li>
	<li>Umieścić substraty na stoliku na próbkę w komorze reakcyjnej w odpowiednim miejscu, w odległości 3 cm od wlotu DEZn.</li>
	<li>Otwórz pompę rotacyjną i stopniowo otwieraj zasuwy i przepustnicę.</li>
	<li>Poczekaj, aż ciśnienie tła w komorze reaktora spadnie poniżej 30 mTorr.</li>
	<li>Zamknij zasuwy i przepustnicę, która łączy się z pompą rotacyjną.</li>
	<li>Następnie otwórz pompę turbo i odpowiednie zasuwy, aby osiągnąć wysoką próżnię 3 x 10-6 Torr.</li>
	<li>Po osiągnięciu wymaganego stanu próżni należy otworzyć regulator ciepła i podgrzać stolik próbki do temperatury syntezy (200, 300, 400, 500 i 600 oC dla różnych parametrów eksperymentu).</li>
	<li>Gdy temperatura i ciśnienie osiągną wymagany stan, zamknij pompę turbo, a następnie otwórz zasuwy i przepustnicę, która jednocześnie łączy się z pompą rotacyjną.</li>
	<li>Następnie otwórz zawory wlotowe gazu i jednocześnie włącz regulator przepływu argonu.</li>
	<li>Wlej gazowy argon (0,167 ml/s) do komory.</li>
	<li>Ustaw ciśnienie w komorze na 500 mTorr.</li>
	<li>Włącz generator RF (13.56 MHz) i pasującą sieć, a następnie ustaw moc RF na 100 W, aby oczyścić powierzchnię próbki przez 15 minut.</li>
	<li>Po zakończeniu oczyszczania próbek zmniejsz moc RF do 70 W.</li>
	<li>Następnie włącz kontroler dwutlenku węgla i zawór wlotowy gazu.</li>
	<li>Wlej dwutlenek węgla (0,5 ml/s) do komory.</li>
	<li>Ustaw ciśnienie robocze na 6 Torr.</li>
	<li>Gdy ciśnienie w komorze osiągnie 6 Torr, należy wprowadzić do komory wysokoczysty argon jako gaz nośny (0,167 ml / s) do transportu dietylocynku (DEZn) i jednocześnie otworzyć zawór kulowy podłączony do DEZn. W tym samym czasie rozpocznij syntezę folii ZnO.</li>
	<li>Kontynuować syntezę plazmową folii ZnO przez 5 minut.</li>
	<li>Po zsyntetyzowaniu folii ZnO należy seryjnie wyłączyć generator RF, zawór kulowy, regulator ciepła i wszystkie regulatory przepływu gazu wraz z zaworami wlotowymi gazu.</li>
	<li>Pobrać próbkę, gdy temperatura sample stage spadnie do temperatury RT. Uwaga: Szybkość chłodzenia wynosi około 1,8 oC/min.</li>
</ol>
4. Przygotowanie wzoru przypominającego palce na cienkiej warstwie ZnO w stanie syntezy
Uwaga: Schemat procesu litografii jest przedstawiony na rysunku 3.
<ol>
	<li>Za pomocą płyty grzejnej pieczenie zsyntetyzowanej próbki ZnO w temperaturze 150 oC przez 10 minut.</li>
	<li>Umieścić próbkę na powlekarce wirowej, a następnie dozować ciekły roztwór fotorezystu (S1813) o stężeniu 100 μl na próbkę ZnO.</li>
	<li>Uruchom powlekarkę wirową z prędkością 800 obr./min na 10 sekund, a następnie przyspiesz do 3 000 obr./min przez 30 sekund, aby uzyskać jednolicie cienką warstwę.</li>
	<li>Miękką prakę pokrytą fotorezystem ZnO wyprać w temperaturze 105 oC przez 90 sekund.</li>
	<li>Po miękkim pieczeniu użyj światła UV, aby naświetlić próbkę pokrytą fotorezystem przez fotomaskę za pomocą wyrównywacza maski. Czas naświetlania wynosi 2 sekundy, a moc 400 W. 
	Uwaga: Wzór fotomaski jest zaprojektowany jako podobny do palca, który ma 0,03 mm szerokości i 4 mm długości (14 par) i ma odstęp między elektrodami 0,15 mm, jak pokazano na rysunku 2. Warto zauważyć, że całkowita powierzchnia światłoczułości wynosi 84,32mm2 dla detektora.</li>
	<li>Po procedurze naświetlania użyj pęsety, aby przyciąć próbkę, a następnie zanurz ją w rozcieńczonym wywoływaczu (zmieszaj 50 ml wywoływacza i 150 ml wody dejonizowanej) poprzez kołysanie z boku na bok przez 35 sekund, aby uzyskać powstałą próbkę.</li>
	<li>Powstałą próbkę przepłukać wodą demineralizowaną i osuszyć azotem gazowym.</li>
	<li>Użyj mikroskopu optycznego, aby sprawdzić wzór w stanie nienaruszonym. Jeśli nie, użyj acetonu, aby usunąć fotorezystor i powtarzaj kroki od 4.2 do 4.7, aż do uzyskania idealnego wzoru.</li>
	<li>Próbkę pieczemy na twardo w temperaturze 120 oC przez 20 minut.</li>
</ol>
5. Osadzanie elektrody górnej Pt i chemiczne podnoszenie
<ol>
	<li>Użyj systemu rozpylania magnetronowego RF, aby nałożyć cienką przewodzącą warstwę Pt (100 nm) na wierzch opracowanej próbki przed przystąpieniem do procedury chemicznego lift-offu.</li>
	<li>Ustaw odległość między celem a podłożem na 13 mm.</li>
	<li>Użyj pompy mechanicznej, aby osiągnąć zgrubną próżnię 5 mTorr.</li>
	<li>Następnie użyj pompy turbo, aby uzyskać wysoką próżnię 7 x 10-7 Torr.</li>
	<li>Poczekaj, aż komora osiągnie wysoką próżnię, zamknij pompę turbo, a następnie otwórz pompę mechaniczną.</li>
	<li>Wlać argon z prędkością 0,3 ml/s do komory za pomocą regulatora przepływu mas, aż ciśnienie w komorze osiągnie ciśnienie robocze 100 mTorr.</li>
	<li>Włącz zasilanie wyładowcze prądu stałego (DC) i ustaw moc prądu stałego na 15 W, aby napylać elektrodę cienkowarstwową Pt na próbkę przez 25 minut.</li>
	<li>Po osadzeniu warstwy elektrody Pt metodą rozpylania magnetronowego należy wyjąć próbkę z komory.</li>
	<li>Zanurz próbkę w cieczy acetonowej w celu chemicznego procesu liftingu za pomocą myjki ultradźwiękowej, aby usunąć fotorezyst.</li>
	<li>Ustaw czas czyszczenia na 1 minutę, aby dokładnie usunąć fotorezyst, a następnie umieść elektrodę Pt w kształcie palca na cienkiej warstwie ZnO.</li>
</ol>
6. Proces RTA
<ol>
	<li>Umieść pofabrycznie wyprodukowaną próbkę Pt/ZnO w systemie RTA.</li>
	<li>Użyj pompy mechanicznej i zasuwy, aby obniżyć ciśnienie w komorze RTA do 20 mTorr.</li>
	<li>Poczekaj, aż ciśnienie w komorze osiągnie 20 mTorr, wlej do komory argon z prędkością 0,3 ml/s i ustaw ciśnienie robocze na 5 Torr.</li>
	<li>Następnie ustaw szybkość ogrzewania na 100 oC/min.</li>
	<li>Następnie wyżarzać próbkę w temperaturze 450 oC przez 10 minut.</li>
	<li>Po wyżarzaniu poczekaj, aż próbka ostygnie do temperatury pokojowej, a następnie wyjmij próbkę.</li>
</ol>

<ol><li>Choppali, U., Kougianos, E., Mohanty, S. P., Gorman, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+annealing+on+polymeric+derived+ZnO+thin+films+on+sapphire%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Influence of annealing on polymeric derived ZnO thin films on sapphire.</a> Thin Solid Films. 545, 466-470 (2013).</li>
<li>Bedia, F. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+tin+doping+on+optical+properties+of+nanostructured+ZnO+thin+films+grown+by+spray+pyrolysis+technique%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Alloy.+Compd%22%5BJournal%5D)">Effect of tin doping on optical properties of nanostructured ZnO thin films grown by spray pyrolysis technique.</a> J. Alloy. Compd. 616, 312-318 (2014).</li>
<li>Liu, W. S., Wu, S. Y., Hung, C. Y., Tseng, C. H., Chang, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+optoelectronic+properties+of+gallium+ZnO+transparent+conductive+thin+films+through+titanium+doping%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Alloy.+Compd%22%5BJournal%5D)">Improving the optoelectronic properties of gallium ZnO transparent conductive thin films through titanium doping.</a> J. Alloy. Compd. 616, 268-274 (2014).</li>
<li>Baik, K. H., Kim, H., Kim, J., Jung, S., Jang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonpolar+light+emitting+diode+with+sharp+near-ultraviolet+emissions+using+hydrothermally+grown+ZnO+on+p-GaN%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nonpolar light emitting diode with sharp near-ultraviolet emissions using hydrothermally grown ZnO on p-GaN.</a> Appl. Phys. Lett. 103, 091107(2013).</li>
<li>Han, S. J., Huang, W., Shi, W., Yu, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+improvement+of+organic+field-effect+transistor+ammonia+gas+sensor+using+ZnO%2FPMMA+hybrid+as+dielectric+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuator+B-Chem%22%5BJournal%5D)">Performance improvement of organic field-effect transistor ammonia gas sensor using ZnO/PMMA hybrid as dielectric layer.</a> Sens Actuator B-Chem. 203, 9-16 (2014).</li>
<li>Chizhov, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visible+light+activated+room+temperature+gas+sensors+based+on+nanocrystalline+ZnO+sensitized+with+CdSe+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuator+B-Chem%22%5BJournal%5D)">Visible light activated room temperature gas sensors based on nanocrystalline ZnO sensitized with CdSe quantum dots.</a> Sens Actuator B-Chem. 205, 305-312 (2014).</li>
<li>Li, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+substrate+on+the+structural%2C+electric+and+optical+properties+of+Al-doped+ZnO+films+prepared+by+radio+frequency+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Effects of substrate on the structural, electric and optical properties of Al-doped ZnO films prepared by radio frequency magnetron sputtering.</a> Thin Solid Films. 517, 3265-3268 (2009).</li>
<li>Ellmer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resistivity+of+polycrystalline+zinc+oxide+films%3A+current+status+and+physical+limit%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Resistivity of polycrystalline zinc oxide films: current status and physical limit.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 34, 3097(2001).</li>
<li>Wang, F. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((optical+and+electrical+properties+of+Hf-doped+ZnO+transparent+conducting+films+prepared+by+sol-gel+method%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Alloy.+Compd%22%5BJournal%5D)">optical and electrical properties of Hf-doped ZnO transparent conducting films prepared by sol-gel method.</a> J. Alloy. Compd. 623, 290-297 (2015).</li>
<li>Senay, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ZnO+thin+film+synthesis+by+reactive+radio+frequency+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">ZnO thin film synthesis by reactive radio frequency magnetron sputtering.</a> Appl. Surf. Sci. 318, 2-5 (2014).</li>
<li>Chi, P. W., Su, C. W., Jhuo, B. H., Wei, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoirradiation+caused+controllable+wettability+switching+of+sputtered+highly+aligned+c-axis-oriented+zinc+oxide+columnar+films%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Photoenergy%22%5BJournal%5D)">Photoirradiation caused controllable wettability switching of sputtered highly aligned c-axis-oriented zinc oxide columnar films.</a> Int. J. Photoenergy. 2014, 765209(2014).</li>
<li>Jamal, R. K., Hameed, M. A., Adem, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+nanostructured+ZnO+prepared+by+a+pulsed+laser+deposition+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical properties of nanostructured ZnO prepared by a pulsed laser deposition technique.</a> Mater. Lett. 132, 31-33 (2014).</li>
<li>Kobayashi, T., Nakada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+post-deposition+on+transparent+conductingZnO%3AB+thin+films+grown+by+MOCVD%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Effects of post-deposition on transparent conductingZnO:B thin films grown by MOCVD.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 53, 05FA03(2014).</li>
<li>Chao, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postannealing+effect+at+various+gas+ambients+on+ohmic+contacts+of+Pt%2FZnO+nanobilayers+toward+ultraviolet+photodetectors%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Photoenergy%22%5BJournal%5D)">Postannealing effect at various gas ambients on ohmic contacts of Pt/ZnO nanobilayers toward ultraviolet photodetectors.</a> Int. J. Photoenergy. 2013, 372869-1155 (2013).</li>
<li>Barankin, M. D., Gonzalez II, E., Ladwig, A. M., Hicks, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma-enhanced+chemical+vapor+deposition+of+zinc+oxide+at+atmospheric+pressure+and+low+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Plasma-enhanced chemical vapor deposition of zinc oxide at atmospheric pressure and low temperature.</a> 91, 924-930 (2007).</li>
<li>Fons, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniaxial+locked+epitaxy+of+ZnO+on+the+%CE%B1+face+of+sapphire%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Uniaxial locked epitaxy of ZnO on the α face of sapphire.</a> Appl. Phys. Lett. 77, 1801(2000).</li>
<li>Ko, H. J., Chen, Y., Hong, S. K., Yao, T. akafumi <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MBE+growth+of+high-quality+ZnO+films+on+epi-GaN%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cryst.+Growth%22%5BJournal%5D)">MBE growth of high-quality ZnO films on epi-GaN.</a> J. Cryst. Growth. 209, 816-821 (2000).</li>
<li>Park, D. J., Lee, J. Y., Park, T. E., Kim, Y. Y., Cho, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+microstructural+properties+of+a+ZnO+thin+film+using+a+buffer+layer+in-situ+annealed+in+argon+ambient%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Improved microstructural properties of a ZnO thin film using a buffer layer in-situ annealed in argon ambient.</a> Thin Solid Films. 515, 6721-6725 (2000).</li>
<li>Kim, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen-passivation+effects+of+Si+substrates+on+the+properties+of+ZnO+epitaxial+layers+grown+by+using+plasma-assisted+molecular+beam+epitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Korean+Phys.+Soc%22%5BJournal%5D)">Nitrogen-passivation effects of Si substrates on the properties of ZnO epitaxial layers grown by using plasma-assisted molecular beam epitaxy.</a> J. Korean Phys. Soc. 56, 827-831 (2010).</li>
<li>Li, G. M., Zhang, J. W., Hou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+dependence+of+performance+of+ZnO-based+metal-semiconductor-metal+ultraviolet+photodetectors%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+Actuator+A-Phys%22%5BJournal%5D)">Temperature dependence of performance of ZnO-based metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors.</a> Sens. Actuator A-Phys. 209, 149-153 (2014).</li>
<li>Wang, X. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((superhigh+gain+visible-blind+UV+detector+and+optical+logic+gates+based+on+nonpolar+a-axial+GaN+nanowire%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">superhigh gain visible-blind UV detector and optical logic gates based on nonpolar a-axial GaN nanowire.</a> Nanoscale. 6, 12009-12017 (2014).</li>
<li>Inamdar, S. I., Rajpure, K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-performance+metal-semiconductor-metal+UV+photodetector+based+on+spray+deposited+ZnO+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Alloy.+Compd%22%5BJournal%5D)">High-performance metal-semiconductor-metal UV photodetector based on spray deposited ZnO thin films.</a> J. Alloy. Compd. 595, 55-59 (2014).</li>
<li>Tian, C. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+continuous+annealing+on+the+performance+of+ZnO+based+metal-semiconductor-metal+ultraviolet+photodetectors%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+B-Adv.+Funct.Solid-State+Mater%22%5BJournal%5D)">Effects of continuous annealing on the performance of ZnO based metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors.</a> Mater. Sci. Eng. B-Adv. Funct.Solid-State Mater. 184, 67-71 (2014).</li>
<li>Chen, H. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+a+self-powered+ZnO+MSM+UV+photodetector+with+high+responsivity+using+an+asymmetric+pair+of+Au+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Realization of a self-powered ZnO MSM UV photodetector with high responsivity using an asymmetric pair of Au electrodes.</a> J. Mater. Chem. C. 2, 9689-9694 (2014).</li>
<li>Subramanyam, T. K., Srinivasulu Naidu,, S,, Uthanna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+substrate+temperature+on+the+physical+properties+of+DC+reactive+magnetron+sputtered+ZnO+films%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Mater%22%5BJournal%5D)">Effect of substrate temperature on the physical properties of DC reactive magnetron sputtered ZnO films.</a> Opt. Mater. 13, 239-247 (1999).</li>
<li>Iwanaga, H., Kunishige, A., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+thermal+expansion+in+wurtzite-type+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">Anisotropic thermal expansion in wurtzite-type crystals.</a> J. Mater. Sci. 35, 2451-2454 (2000).</li>
<li>Okaji, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absolute+thermal+expansion+measurements+of+single-crystal+silicon+in+the+range+300-1300+K+with+an+interferometric+dilatometer%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Thermophys%22%5BJournal%5D)">Absolute thermal expansion measurements of single-crystal silicon in the range 300-1300 K with an interferometric dilatometer.</a> Int. J. Thermophys. 9, 1101-1109 (1988).</li>
<li>Pearse, R. W. B., Lichtenberg, A. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPearse%2C+RWB+%22The+identification+of+molecular+spectra%22">The identification of molecular spectra</a>. , 4th ed, Chapman and Hall. (1976).</li>
<li>Chao, C. H., Wei, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+non-polar+ZnO+thin+films+with+different+working+pressures+by+plasma+enhanced+chemical+vapor+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Growth of non-polar ZnO thin films with different working pressures by plasma enhanced chemical vapor deposition.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 53, 11RA05(2014).</li>
<li>Lin, B., Fu, Z., Green Jia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((luminescent+center+in+undoped+zinc+oxide+films+deposited+on+silicon+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">luminescent center in undoped zinc oxide films deposited on silicon substrate.</a> Appl. Phys. Lett. 79, 943-945 (2001).</li>
<li>Koida, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiative+and+nonradiative+excitonic+transitions+in+nonpolar+%28110%29+and+polar+%28000%29+and+%280001%29+ZnO+epilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Radiative and nonradiative excitonic transitions in nonpolar (110) and polar (000) and (0001) ZnO epilayers.</a> Appl. Phys. Lett. 84 (110), 1079(2004).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Krytyczne kroki i modyfikacje
W kroku 1 podłoża należy dokładnie oczyścić i postępować zgodnie z krokami od 1.3 do 1.5, aby upewnić się, że na podłożach nie ma tłuszczu ani zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. Wszelkie tłuszcze czy zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne na powierzchni podłoża znacznie zmniejszą przyczepność folii.
Krok 2 jest najważniejszą procedurą przed procesem przygotowania filmu ZnO. DEZn jest bardzo toksyczny i gwałtownie reaguj...

ZnO jest obiecującym funkcjonalnym materiałem półprzewodnikowym o szerokim paśmie wzbronionym ze względu na swoje unikalne właściwości, takie jak wysoka stabilność chemiczna, niski koszt, nietoksyczność, niski próg mocy dla pompowania optycznego, szeroka bezpośrednia przerwa energetyczna (3,37 eV) przy RT i duża energia wiązania ekscytonów ~60 meV 1-2. Ostatnio cienkie warstwy ZnO znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach zastosowań, w tym w przezroczystych przewodzących foliach tlenkowych (TCO), urządzeniach emitujących niebieskie światło, tranzystorach polowych i czujnikach gazu 3-6. Z drugiej strony ZnO jest materiałem kandydującym do zastąpienia tlenku indu i cyny (ITO), ponieważ ind i cyna są rzadkie i drogie. Ponadto ZnO ma wysoką przepuszczalność optyczną w zakresie widzialnej długości fali i niską rezystywność w porównaniu z foliami ITO 7-8. W związku z tym wytwarzanie, charakterystyka i zastosowanie ZnO zostały szeroko opisane. Niniejsze badanie koncentruje się na syntezie cienkich warstw ZnO o wysokiej osi c (0002) za pomocą prostej i skutecznej metody oraz jej praktycznym zastosowaniu w fotodetektorze UV.
Wyniki ostatnich badań wskazują, że wysokiej jakości cienka warstwa ZnO może być syntetyzowana za pomocą różnych technik, takich jak metoda zol-żel, rozpylanie magnetronem o częstotliwości radiowej, metaloorganiczne chemiczne osadzanie z fazy gazowej (MOCVD) i tak dalej 9-14. Każda technika ma swoje zalety i wady. Na przykład główną zaletą napylania metodą natryskiwania jest to, że materiały docelowe o bardzo wysokiej temperaturze topnienia są bez wysiłku napylane na podłoże. W przeciwieństwie do tego, proces napylania jest trudny do połączenia z liftingiem w celu nadania struktury folii. W naszych badaniach system chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmą (PECVD) został wykorzystany do syntezy wysokiej jakości cienkich warstw ZnO w osi c. Bombardowanie plazmą jest kluczowym czynnikiem w procesie syntezy, który może zwiększyć gęstość cienkiej warstwy i zwiększyć szybkość reakcji rozkładu jonów 15. Ponadto wysoka szybkość wzrostu i równomierne osadzanie na dużej powierzchni to inne charakterystyczne zalety techniki PECVD.
Z wyjątkiem techniki syntezy, dobra przyczepność do podłoża jest kolejnym rozważanym problemem. W wielu badaniach szafir w płaszczyźnie c był szeroko stosowany jako podłoże do syntezy cienkich warstw ZnO o wysokiej osi c, ponieważ ZnO i szafir mają tę samą sześciokątną strukturę sieciową. Jednak ZnO zsyntetyzowano na podłożu szafirowym wykazującym szorstką morfologię powierzchni i wysokie resztkowe (związane z defektami) stężenia nośnika ze względu na duże niedopasowania sieci między ZnO a szafirem w płaszczyźnie c (18%) zorientowanym w kierunku w płaszczyźnie 16. W porównaniu z podłożem szafirowym, wafel Si jest kolejnym szeroko stosowanym substratem do syntezy ZnO. Wafle krzemowe są szeroko stosowane w przemyśle półprzewodników; a zatem wzrost wysokiej jakości cienkich warstw ZnO na podłożach Si jest bardzo ważny i konieczny. Niestety, struktura krystaliczna i współczynnik rozszerzalności cieplnej między ZnO i Si są oczywiście różne, co prowadzi do pogorszenia jakości kryształów. W ciągu ostatniej dekady podjęto ogromne wysiłki w celu poprawy jakości cienkich warstw ZnO na podłożach Si poprzez zastosowanie różnych metod, w tym warstw buforowych ZnO 17, wyżarzania w różnych atmosferach gazowych 18 i pasywacji powierzchni podłoża Si 19. W ramach niniejszego badania z powodzeniem zaproponowano prostą i skuteczną metodę syntezy cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c na podłożach z krzemu bez warstwy buforowej lub obróbki wstępnej. Wyniki eksperymentu wykazały, że cienkie warstwy ZnO zsyntetyzowane w optymalnej temperaturze wzrostu wykazywały dobre właściwości krystaliczne i optyczne. Strukturę krystaliczną, skład plazmy RF, morfologię powierzchni i właściwości optyczne cienkich warstw ZnO badano odpowiednio za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), optycznej spektroskopii emisyjnej (OES), skaningowej mikroskopii elektronowej z emisją pola (FE-SEM) i widma fotoluminescencji RT (PL). Ponadto potwierdzono i opisano również przepuszczalność cienkich warstw ZnO.
Zsyntetyzowana cienka warstwa ZnO służąca jako warstwa detekcyjna do zastosowania fotodetektora UV była również badana w tym badaniu. Fotodetektor UV ma duży potencjał zastosowań w monitorowaniu UV, przełączniku optycznym, alarmie płomienia i systemie ogrzewania pocisków 20-21. Istnieje wiele rodzajów fotodetektorów, które zostały przeprowadzone, takich jak dodatni wewnętrzny tryb ujemny (p-i-n) i struktury metal-półprzewodnik-metal (MSM), w tym kontakt omowy i kontakt Schottky'ego. Każdy typ ma swoje zalety i wady. Obecnie konstrukcje fotodetektorów MSM cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na ich wyjątkową wydajność w zakresie responsywności, niezawodności oraz czasu reakcji i odzyskiwania 22-24. Zaprezentowane tutaj wyniki wykazały, że tryb kontaktu omowego MSM został wykorzystany do wytworzenia cienkowarstwowego fotodetektora UV na bazie ZnO. Taki rodzaj fotodetektora zazwyczaj wykazuje dobrą responsywność i niezawodność, co wskazuje, że cienka warstwa ZnO o wysokiej osi c jest odpowiednią warstwą detekcyjną dla fotodetektora UV.

<table><tbody><tr><td>Zasilacz RF</td><td>ADVANCED ENERGY</td><td>RFX-600</td><td></td></tr><tr><td>Przepustnica</td><td>MKS</td><td>253B-1-40-1</td><td></td></tr><tr><td>Regulator przepływu masowego</td><td>PROTEC INSTRUMENTS</td><td>PC-540</td><td></td></tr><tr><td>Regulator ciśnienia</td><td>serii MKS</td><td>600&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Grzałka</td><td>UPGRADE INSTRUMENT CO.</td><td>UI-TC 3001</td><td></td></tr><tr><td>Napylarka</td><td>AJA INTERNATIONAL</td><td>A320-HA</td><td></td></tr><tr><td>DEZn 1,5 M</td><td>ACROS ORGANIC USA, New Jersey</td><td></td><td>zwana również Powlekarka Diethylzinc (C2H5)2Zn</td></tr><tr><td>Spin&nbsp;</td><td>SWIENCO</td><td>PW - 490</td><td></td></tr><tr><td>Pomiar I-V</td><td>Keithley</td><td>Model: 2400</td><td></td></tr><tr><td>Pomiar fotokondukcyjny&nbsp;</td><td>Domowe</td><td></td><td></td></tr><tr><td>źródło światła UV</td><td>Panasonic</td><td>ANUJ 6160</td><td></td></tr><tr><td>Nakładka do masek</td><td>Karl Suss</td><td>MJB4</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>Shipley a Rohm & Firma Haas</td><td>S1813</td><td></td></tr><tr><td>Deweloper</td><td>Shipley a Rohm & Firma Haas</td><td>MF319</td><td></td></tr><tr><td>Wafel krzemowy</td><td>E-Light Technology Inc</td><td>12/0801</td><td></td></tr><tr><td>Podłoże szklane</td><td>CORNING</td><td>1737</td><td>typ P / bor</td></tr></tbody></table>

synteza i charakterystyka cienkiej warstwy zno o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze uv

Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application

W tym badaniu, cienkie warstwy tlenku (ZnO) o wysokiej orientacji preferencyjnej w osi c (0002) zostały pomyślnie i skutecznie zsyntetyzowane na podłożach krzemowych (Si) za pomocą różnych temperatur syntezy za pomocą systemu plazmowego wspomaganego chemicznego osadzania z fazy gazowej (PECVD). Zbadano wpływ różnych zsyntetyzowanych temperatur na strukturę krystaliczną, morfologię powierzchni i właściwości optyczne. Wzorce dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) wskazywały, że intensywność piku dyfrakcyjnego (0002) stawała się silniejsza wraz ze wzrostem temperatury syntezy do 400 oC. Natężenie dyfrakcyjne piku (0002) stopniowo słabło, czemu towarzyszyło pojawienie się (10-10) piku dyfrakcyjnego w miarę wzrostu temperatury syntezy aż do przekroczenia 400 oC. Widma fotoluminescencji RT (PL) wykazywały silną emisję przypasmową (NBE) obserwowaną przy około 375 nm i znikomą emisję głębokiego poziomu (DL) zlokalizowaną na poziomie około 575 nm pod cienkimi warstwami ZnO o wysokiej osi c. Obrazy z emisyjnej skaningowej mikroskopii elektronowej (FE-SEM) ujawniły jednorodną powierzchnię o małym rozkładzie wielkości ziaren. Cienkie warstwy ZnO zostały również zsyntetyzowane na podłożach szklanych przy tych samych parametrach pomiaru transmitancji.
Na potrzeby zastosowania fotodetektora ultrafioletowego (UV), cienkiej warstwy platynowej (Pt) (grubość ~100 nm) wykonanej za pomocą konwencjonalnego procesu litografii optycznej i rozpylania magnetronowego o częstotliwości radiowej (RF). W celu osiągnięcia kontaktu omowego urządzenie zostało wyżarzone w warunkach argonu w temperaturze 450 oC za pomocą systemu szybkiego wyżarzania termicznego (RTA) przez 10 minut. Po systematycznych pomiarach krzywa prąd-napięcie (I-V) fotoprądu i ciemnego prądu oraz wyniki odpowiedzi fotoprądowej zależnej od czasu wykazały dobrą responsywność i niezawodność, co wskazuje, że cienka warstwa ZnO o wysokiej osi c jest odpowiednią warstwą detekcyjną do zastosowania w fotodetektorach UV.

Cienkie warstwy ZnO (0002) o wysokiej orientacji preferencyjnej wzdłuż osi c zostały z sukcesem zsyntetyzowane na podłożach Si przy użyciu systemu PECVD. Jako prekursory tlenu i cynku wykorzystano odpowiednio dwutlenek węgla (CO2) oraz diethylocynk (DEZn). Strukturę krystaliczną cienkich warstw ZnO scharakteryzowano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (Rycina 4), która wykazała, że cienka warstwa ZnO zsyntetyzowana w 400 oC posiada najsilniejszy pik dyfrakcyjny (0002). Wraz ...

Zaoferowaliśmy metodę bezpośredniej syntezy cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c (0002) poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą. Zsyntetyzowana cienka warstwa ZnO w połączeniu z elektrodą palcową Pt została wykorzystana jako warstwa detekcyjna dla fotodetektora ultrafioletowego, wykazując wysoką wydajność dzięki połączeniu dobrej czułości i niezawodności.

Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV

In this study, zinc oxide (ZnO) thin films with high c-axis (0002) preferential orientation have been successfully and effectively synthesized onto ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest synteza cienkiej warstwy tlenku cynku o wysokiej orientacji wzdłuż osi C metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PECVD) oraz wykorzystanie otrzymanej warstwy w połączeniu z platynową elektrodą interdygitowaną jako warstwy sensorycznej w detektorze fotonowym ultrafioletowym. Zostaje to osiągnięte poprzez syntezę cienkiej warstwy tlenku cynku o wysokiej orientacji wzdłuż osi C na podłożu z SiO₂ przy użyciu systemu PECVD przy optymalnych parametrach syntezy. Drugim krokiem jest wytworzenie wzoru interdygitowanego na powierzchni cienkiej warstwy tlenku cynku za pomocą konwencjonalnej litografii optycznej w pomieszczeniu czystym.Następnie zastosowano magnetronowe rozpylanie RF w celu osadzenia cienkiej, przewodzącej warstwy platyny na wierzchu cienkiej warstwy tlenku cynku, a następnie próbkę zanurzono w acetonie w myjce ultradźwiękowej. W celu usunięcia fotorezystu, ostatnim krokiem jest przeprowadzenie szybkiego wygrzewania termicznego (rapid thermal annealing) w celu uzyskania styku omowego na interfejsie między elektrodą platynową a cienką warstwą tlenku cynku. Ostatecznie pomiar odpowiedzi prądu fotoprzepływu w czasie

synthesis-characterization-high-c-axis-zno-thin-film-plasma-enhanced

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisujemy eksperymentalną metodę osadzania cienkich warstw nanostrukturalnych tlenków za pomocą nanosekundowego pulsacyjnego osadzania laserowego (PLD) w obecności gazu tła. Dzięki tej metodzie można osadzać warstwy ZnO domieszkowane Alem (AZO), od zwartych po hierarchicznie ustrukturyzowane jak lasy nanodrzew.

Wytwarzanie nanoinżynieryjnych przezroczystych przewodzących tlenków za pomocą pulsacyjnego osadzania laserowego

Tutaj prezentujemy protokół syntezy heterozłączy Zn1-xMgxO/Cu2O na wolnym powietrzu w niskiej temperaturze za pomocą przestrzennego osadzania warstwy atomowej pod ciśnieniem atmosferycznym (AP-SALD) Zn1-xMgxO na tlenku miedzi. Tak wysokiej jakości tlenki metali konforemnych mogą być hodowane na różnych podłożach, w tym na tworzywach sztucznych, za pomocą tej taniej i skalowalnej metody.

Poprawa jakości heterozłączy w ogniwach słonecznych na bazie Cu2O poprzez optymalizację ciśnienia atmosferycznego Przestrzenna warstwa atomowa osadzona Zn1-xMgxO

Tutaj przygotowujemy i charakteryzujemy nowe, drzewiaste, hierarchiczne nanostruktury ZnO/CdSSe, gdzie gałęzie CdSSe rosną na pionowo ustawionych nanodrutach ZnO. Powstałe w ten sposób nanodrzewa są potencjalnym materiałem do konwersji energii słonecznej i innych urządzeń optoelektronicznych.

Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe

Kolumnowe struktury tlenku w postaci prętów są syntetyzowane przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane aerozolem bez użycia wstępnie osadzonych cząstek katalizatora. Metoda ta jest skalowalna i kompatybilna z różnymi podłożami na bazie krzemu, kwarcu lub polimerów.

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej struktur tlenków metali wspomagane aerozolem: pręty z tlenku

Ten manuskrypt opisuje, jak zaprojektować i wyprodukować wydajne odwrócone ogniwa słoneczne SMPV1:PC71BM z nanoprętami ZnO (NR) hodowanymi na wysokiej jakości warstwie nasiennej ZnO domieszkowanej Alem (AZO). Dobrze ustawione, zorientowane pionowo NR ZnO wykazują wysokie właściwości krystaliczne. Sprawność konwersji energii ogniw słonecznych może osiągnąć 6,01%.

Dobrze wyrównane pionowo zorientowane układy nanoprętów ZnO i ich zastosowanie w odwróconych małocząsteczkowych ogniwach słonecznych

Osiągnięcie wysokiej jakości styków Schottky'ego jest niezbędne do osiągnięcia efektywnej modulacji bramki w tranzystorach polowych o heterostrukturze (HFET). Przedstawiono metodologię wytwarzania i charakterystykę diod Schottky'ego na zn-polarnych heterostrukturach BeMgZnO/ZnO z dwuwymiarowym gazem elektronowym o dużej gęstości (2DEG), hodowanymi metodą epitaksji wiązki molekularnej wspomaganej plazmą na matrycach GaN.

Wytwarzanie diod Schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą

Przedstawiono proste, powtarzalne i wszechstronne podejście do syntezy przerośniętych, polikrystalicznych metaloorganicznych membran szkieletowych na szerokiej gamie niemodyfikowanych porowatych i nieporowatych podpór.

Krystalizacja elektroforetyczna ultracienkich, wysokowydajnych membran metaloorganicznych

Ten artykuł opisuje wzrost warstw epitaksjalnych Mg3N2 i Zn3N2 na podłożach MgO za pomocą plazmowej epitaksji wiązki molekularnej z gazem N2 jako źródłem azotu i optycznym monitorowaniem wzrostu.

Wspomagany plazmą wzrost epitaksji wiązki molekularnej cienkich warstw Mg3N2 i Zn3N2

Przedstawiono technikę syntezy umożliwiającą przygotowanie ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne z fotokatalizatorem o podwójnej strukturze krystalicznej oraz technikę testowania reakcji fotoredoksowej jego aktywności fotokatalitycznej i selektywności w ewolucji H2 oraz produkcji benzaldehydu.

Synteza i oceny wydajności ZnCoS/ZnCdS z podwójną strukturą krystaliczną dla wielofunkcyjnej fotokatalizy redoks w zastosowaniach energetycznych

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Poznaj metodę syntezy cienkich warstw ZnO o wysokiej osi c za pomocą PECVD i ich zastosowanie w fotodetektorach UV z elektrodami platynowymi. Technika zapewnia doskonałą responsywność i niezawodność.

Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV (Wideo) | JoVE Journal

Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV

Przeglądaj więcej filmów