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Engineering

संश्लेषण और प्लाज्मा द्वारा उच्च सी अक्ष जेडएनओ पतली फिल्म की विशेषता रासायनिक वाष्प जमाव प्रणाली और इसके यूवी Photodetector आवेदन बढ़ी

Published: October 3, 2015 doi: 10.3791/53097
Automatic Translation
1, 1
1Institute of Manufacturing Technology and Department of Mechanical Engineering, National Taipei University of Technology (TAIPEI TECH)

Abstract

इस अध्ययन में, उच्च ग धुरी (0002) तरजीही उन्मुखीकरण के साथ जिंक आक्साइड (जेडएनओ) पतली फिल्मों को सफलतापूर्वक और प्रभावी ढंग से प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) प्रणाली का उपयोग करके विभिन्न संश्लेषित तापमान के माध्यम से सिलिकॉन (Si) substrates पर संश्लेषित किया गया है। अलग संश्लेषित क्रिस्टल संरचना पर तापमान, सतह morphologies और ऑप्टिकल गुण के प्रभावों की जांच की गई है। एक्स-रे विवर्तन (XRD) पैटर्न (0002) विवर्तन चोटी की तीव्रता 400 ओ सी तक बढ़ रही है संश्लेषित तापमान के साथ मजबूत हो गया है कि संकेत दिया (0002) चोटी के विवर्तन तीव्रता धीरे-धीरे कमजोर 400 ओ सी के अतिरिक्त अप करने के लिए संश्लेषित तापमान के रूप में (10-10) विवर्तन शिखर की उपस्थिति के साथ साथ बन गया आर टी photoluminescence (पीएल) स्पेक्ट्रा उत्सर्जन के चारों ओर 375 एनएम और चारों ओर 575 एनएम अंड पर स्थित एक नगण्य गहरे स्तर (डीएल) उत्सर्जन में मनाया एक मजबूत पास बैंड बढ़त (NBE) का प्रदर्शनएर उच्च ग जेडएनओ पतली फिल्मों की धुरी। क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM) छवियों सजातीय सतह और छोटे आकार अनाज वितरण के साथ पता चला। जेडएनओ पतली फिल्मों भी संप्रेषण को मापने के लिए एक ही मापदंड के तहत ग्लास substrates पर संश्लेषित किया गया है।

पराबैंगनी (यूवी) फोटोडिटेक्टर आवेदन के उद्देश्य के लिए, interdigitated प्लैटिनम (पं) पतली फिल्म (मोटाई ~ 100 एनएम) पारंपरिक ऑप्टिकल लिथोग्राफी प्रक्रिया और रेडियो आवृत्ति (आरएफ) मैग्नेट्रान sputtering के माध्यम से गढ़े। Ohmic संपर्क तक पहुंचने के क्रम में, डिवाइस 10 मिनट के लिए तेजी से थर्मल annealing (आरटीए) प्रणाली से 450 ओ सी में आर्गन परिस्थितियों में annealed था। व्यवस्थित माप के बाद, वर्तमान वोल्टेज (मैं - वी) तस्वीर और अंधेरे वर्तमान और समय पर निर्भर photocurrent प्रतिक्रिया परिणामों की वक्र उच्च ग जेडएनओ पतली फिल्म एक उपयुक्त संवेदन परत है धुरी यह दर्शाता है कि एक अच्छा responsivity और विश्वसनीयता का प्रदर्शनयूवी फोटोडिटेक्टर आवेदन के लिए।

Introduction

जेडएनओ वजह से इस तरह आरटी और बड़े exciton पर उच्च रासायनिक स्थिरता, कम लागत, गैर विषाक्तता, ऑप्टिकल पंप के लिए कम बिजली की दहलीज, विस्तृत प्रत्यक्ष बैंड अंतराल (3.37 eV) के रूप में अपने विशिष्ट गुणों के लिए एक आशाजनक चौड़े बैंड अंतराल कार्यात्मक अर्धचालक पदार्थ है ~ 60 एमईवी 1-2 की ऊर्जा बंधन। हाल ही में, जेडएनओ पतली फिल्मों पारदर्शी सुचालक ऑक्साइड (TCO) फिल्मों, नीले प्रकाश उत्सर्जक डिवाइस, क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, और गैस सेंसर 3-6 सहित कई आवेदन क्षेत्रों में नियोजित किया गया है। दूसरी ओर, जेडएनओ इंडियम और टिन दुर्लभ और महंगा होने के कारण इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) बदलने के लिए एक उम्मीदवार सामग्री है। इसके अलावा, जेडएनओ दृश्य तरंगदैर्ध्य क्षेत्र और आईटीओ फिल्मों 7-8 के साथ तुलना में कम प्रतिरोधकता में उच्च ऑप्टिकल संप्रेषण के पास। तदनुसार, जेडएनओ का निर्माण, लक्षण और आवेदन बड़े पैमाने पर सूचना दी गई है। यह वर्तमान अध्ययन के लिए एक सरल एक से उच्च ग धुरी (0002) जेडएनओ पतली फिल्मों synthesizing पर केंद्रितप्रभावी रूप से विधि और एक यूवी फोटोडिटेक्टर के प्रति अपनी व्यावहारिक आवेदन घ।

हाल ही में एक शोध रिपोर्ट के निष्कर्षों को उच्च गुणवत्ता जेडएनओ पतली फिल्म में इस तरह के प जेल विधि, रेडियो आवृत्ति मैग्नेट्रान sputtering, धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD), और इसलिए 9-14 पर ही विभिन्न तकनीकों के द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है कि संकेत मिलता है। प्रत्येक तकनीक के अपने फायदे और नुकसान है। उदाहरण के लिए, Sputtering बयान के एक प्रमुख लाभ बहुत उच्च गलनांक के साथ उस लक्ष्य सामग्री अनायास सब्सट्रेट पर sputtered कर रहे है। इसके विपरीत, प्रक्रिया sputtering फिल्म संरचना के लिए एक लिफ्ट बंद के साथ गठबंधन करने के लिए मुश्किल है। हमारे अध्ययन में, प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) प्रणाली उच्च गुणवत्ता ग के संश्लेषण के लिए जेडएनओ पतली फिल्मों की धुरी कार्यरत था। प्लाज्मा बमबारी पतली फिल्म घनत्व बढ़ाने के लिए और आयन अपघटन प्रतिक्रिया की दर 15 को बढ़ा सकते हैं कि synthesizing प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कारक है। मेंइसके अलावा, उच्च वृद्धि दर और बड़े क्षेत्र वर्दी बयान PECVD तकनीक के लिए अन्य विशिष्ट लाभ कर रहे हैं।

संश्लेषण तकनीक के अलावा, सब्सट्रेट पर अच्छा आसंजन एक और माना मुद्दा है। जेडएनओ और नीलमणि ही हेक्सागोनल जाली संरचना है, क्योंकि कई अध्ययनों में, सी विमान नीलमणि व्यापक रूप से जेडएनओ पतली फिल्मों की धुरी उच्च ग के संश्लेषण के लिए सब्सट्रेट के रूप में इस्तेमाल किया गया है। हालांकि, जेडएनओ किसी न किसी सतह आकृति विज्ञान और में विमान दिशा 16 में उन्मुख जेडएनओ और सी विमान नीलम (18%) के बीच बड़े जाली Misfits के कारण उच्च अवशिष्ट (दोष से संबंधित) वाहक सांद्रता का प्रदर्शन नीलमणि सब्सट्रेट पर संश्लेषित किया गया था। नीलमणि सब्सट्रेट के साथ तुलना में, एक सी वेफर जेडएनओ संश्लेषण के लिए एक और व्यापक रूप से इस्तेमाल किया सब्सट्रेट है। सी वेफर्स बड़े पैमाने पर सेमीकंडक्टर उद्योग में इस्तेमाल किया गया है; और इस प्रकार, सी substrates पर उच्च गुणवत्ता जेडएनओ पतली फिल्मों के विकास neces बहुत महत्वपूर्ण है और हैSary। दुर्भाग्य से, जेडएनओ और सी के बीच क्रिस्टल संरचना और थर्मल विस्तार गुणांक क्रिस्टल गुणवत्ता की गिरावट के लिए अग्रणी स्पष्ट रूप से अलग कर रहे हैं। पिछले दशक के दौरान, महान प्रयासों जेडएनओ बफर परतों 17, विभिन्न गैस वातावरण में 18 annealing, और सी सब्सट्रेट सतह 19 की passivation सहित विभिन्न तरीकों का उपयोग करके सी substrates पर जेडएनओ पतली फिल्मों की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए बनाया गया है। वर्तमान अध्ययन सफलतापूर्वक उच्च ग किसी भी बफर परत या पूर्व उपचार के बिना सी substrates पर जेडएनओ पतली फिल्म की धुरी के संश्लेषण के लिए एक प्रभावी रूप से सरल और विधि की पेशकश की। प्रयोग के परिणाम इष्टतम विकास तापमान के तहत संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों अच्छा क्रिस्टल और ऑप्टिकल गुणों से पता चला है कि संकेत दिया। क्रिस्टलीय संरचना, आरएफ प्लाज्मा रचना, सतह आकृति विज्ञान, और जेडएनओ पतली फिल्मों के ऑप्टिकल गुण एक्स-रे विवर्तन (XRD), ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (OES), क्षेत्र उत्सर्जन सुप्रीम कोर्ट द्वारा जांच की गईक्रमशः Anning इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM), और आर टी photoluminescence (पीएल) स्पेक्ट्रा। इसके अलावा, जेडएनओ पतली फिल्मों का संप्रेषण भी पुष्टि की और बताया गया था।

के रूप में संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्म यूवी फोटोडिटेक्टर आवेदन के लिए एक संवेदन परत भी इस अध्ययन में जांच की गई के रूप में कार्य किया। यूवी फोटोडिटेक्टर यूवी निगरानी में काफी संभावना अनुप्रयोगों, ऑप्टिकल स्विच, ज्योति अलार्म, और मिसाइल वार्मिंग प्रणाली 20-21 है। ऐसे Ohmic संपर्क और Schottky संपर्क सहित सकारात्मक आंतरिक नकारात्मक (पिन) मोड और धातु, अर्धचालक धातु (एमएसएम) संरचनाओं के रूप में बाहर किया गया है, जो photodetectors के कई प्रकार के होते हैं। प्रत्येक प्रकार के अपने फायदे और कमियां है। वर्तमान में, एमएसएम फोटोडिटेक्टर संरचनाओं की वजह से responsivity, विश्वसनीयता और प्रतिक्रिया और वसूली समय 22-24 में उनके उत्कृष्ट प्रदर्शन के लिए गहन रुचि को आकर्षित किया है। यहाँ प्रस्तुत परिणाम एमएसएम Ohmic संपर्क मोड कार्यरत था कि पता चला हैजेडएनओ पतली फिल्म आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर बनाना। फोटोडिटेक्टर के इस तरह के एक प्रकार के आम तौर पर उच्च ग जेडएनओ पतली फिल्म यूवी फोटोडिटेक्टर के लिए एक उपयुक्त संवेदन परत है धुरी यह दर्शाता है कि एक अच्छा responsivity और विश्वसनीयता का पता चलता है।

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Protocol

1. सब्सट्रेट तैयारी और सफाई

  1. सी (100) मे से 10 मिमी x 10 मिमी सिलिकॉन substrates कट।
  2. 10 मिमी x 10 मिमी ग्लास substrates कट।
  3. 15 मिनट के लिए isopropanol फिर 10 मिनट के लिए 10 मिनट, शराब के लिए एसीटोन के साथ सिलिकॉन और ग्लास substrates साफ करने के लिए अल्ट्रासोनिक क्लीनर का प्रयोग करें, और।
  4. विआयनीकृत (डीआई) पानी में तीन बार के साथ substrates कुल्ला।
  5. झटका सूखी एक नाइट्रोजन बंदूक के साथ substrates।

2. DEZn तैयारी और संरक्षण

नोट: diethylzinc भी DEZn बुलाया (सी 2 एच 5) 2 Zn, दो एथिल समूहों के लिए बाध्य एक जस्ता केंद्र से मिलकर एक अत्यधिक pyrophoric organozinc यौगिक है। DEZn का उपयोग करते समय अकेले काम करते हैं कभी नहीं। DEZn बहुत विषाक्त और ऑक्सीजन और पानी के प्रति संवेदनशील है, पानी के पास DEZn जगह नहीं करना सुनिश्चित करें। हमेशा सुरक्षात्मक मास्क और आंखों की सुरक्षा पहनते हैं; सभी प्रक्रियाओं हुड में प्रदर्शन किया जाना चाहिए। सबसे महत्वपूर्ण बात, अप्रयुक्त DEZn ख चाहिएई एक 5 ओ सी के माहौल में संग्रहीत।

नोट: DEZn का पहला प्रयोग के लिए, चरण 2. यदि नहीं, तो पालन चरण 3 से प्रयोग शुरू करते हैं।

  1. बोतल से 30 मिलीलीटर DEZn को बाहर निकालना और फिर एक स्टील सिलेंडर में रखा एक बीकर में इंजेक्षन करने के लिए सिरिंज का प्रयोग करें।
  2. प्रतिक्रिया कक्ष के साथ स्टील सिलेंडर कनेक्ट करने के लिए एक जस्ती लोहे के पाइप का प्रयोग करें।
  3. (6 Torr के लिए) निर्वात वातावरण में स्टील सिलेंडर नीचे पंप करने के लिए यांत्रिक पंप और गेंद वाल्व का प्रयोग करें।
    नोट: DEZn गंभीर रूप से ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया होगी, यह निर्वात वातावरण में बनाए रखा जाना चाहिए।
  4. एक 5 ओ सी के माहौल में अप्रयुक्त DEZn स्टोर।

3. PECVD चैंबर तैयार और जेडएनओ पतली फिल्मों के संश्लेषण

नोट: प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव के योजनाबद्ध आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है।

  1. 30 मिमी पर showerhead के इलेक्ट्रोड और नमूना मंच के बीच काम दूरी निर्धारित करें।
    2. <DEZn इनलेट से एक 3 सेमी की दूरी है, जहां ली> उचित स्थान में प्रतिक्रिया कक्ष का नमूना मंच पर substrates रखें।
  2. रोटरी पंप खोलने के लिए और धीरे-धीरे गेट वाल्व और तितली वाल्व खुला।
  3. रिएक्टर चैम्बर की पृष्ठभूमि के दबाव 30 mTorr से कम है जब तक प्रतीक्षा करें।
  4. रोटरी पंप को जोड़ता है, जो गेट वाल्व और तितली वाल्व, बंद करें।
  5. फिर 3 एक्स 10 -6 Torr की उच्च वैक्यूम तक पहुंचने के लिए टर्बो पंप और रिश्तेदार गेट वाल्व खुला।
  6. आवश्यक वैक्यूम हालत पहुंचने के बाद गर्मी नियंत्रक को खोलने और संश्लेषण के तापमान के लिए नमूना चरण गर्मी (200, 300, 400, 500, और अलग प्रयोग पैरामीटर के लिए 600 ओ सी)।
  7. तापमान और दबाव आवश्यक शर्त जब तक पहुँचते हैं, टर्बो पंप को बंद करने और फिर एक साथ रोटरी पंप को जोड़ता है, जो गेट वाल्व और तितली वाल्व खुला।
  8. इसके बाद, गैस इनलेट वाल्व खोलने और आर्गन जी मोड़ पर है |एक साथ प्रवाह नियंत्रक के रूप में।
  9. चेंबर में आर्गन गैस (0.167 मिलीग्राम / सेकंड) प्रवाह।
  10. 500 mTorr के लिए चैम्बर दबाव सेट करें।
  11. आरएफ (13.56 मेगाहर्ट्ज) जनरेटर और मेल नेटवर्क को चालू करें, तो नमूने 15 मिनट के लिए सतह मिटाने के लिए 100 डब्ल्यू पर आरएफ शक्ति निर्धारित किया है।
  12. नमूनों की शुद्ध खत्म करने के बाद, 70 डब्ल्यू करने के लिए नीचे आरएफ बिजली की बारी
  13. इसके बाद, कार्बन डाइऑक्साइड गैस नियंत्रक एवं गैस इनलेट वाल्व मोड़ पर है।
  14. चेंबर में कार्बन डाइऑक्साइड (0.5 मिलीग्राम / सेकंड) प्रवाह।
  15. 6 Torr पर काम के दबाव सेट करें।
  16. चैम्बर दबाव 6 Torr पहुँचने के बाद, एक साथ DEZn से जुड़ा चैम्बर और खुले गेंद वाल्व में (DEZn) diethylzinc ले जाने के लिए वाहक गैस के रूप में उच्च शुद्ध आर्गन (0.167 मिलीग्राम / सेकंड) प्रवाह। इसी समय, जेडएनओ फिल्मों का संश्लेषण शुरू करते हैं।
  17. 5 मिनट के लिए जेडएनओ फिल्मों के प्लाज्मा संश्लेषण जारी रखें।
  18. जेडएनओ फिल्मों संश्लेषित किया गया है, के बाद एक-एक करके आरएफ जनरेटर, गेंद वाल्व, गर्मी चोर बंद कर देते हैंट्रोलर और गैस इनलेट वाल्व के साथ-साथ गैस प्रवाह नियंत्रकों के सभी।
  19. नमूना मंच तापमान आरटी के लिए शांत होता है जब नमूना बाहर ले जाओ। नोट: ठंडा दर लगभग 1.8 ओ सी / मिनट है।

के रूप में संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्म पर interdigitated की तरह पैटर्न 4. तैयारी

नोट: लिथोग्राफी प्रक्रिया के योजनाबद्ध 3 चित्र में दिखाया गया है।

  1. 10 मिनट के लिए 150 ओ सी के रूप में संश्लेषित जेडएनओ नमूना सेंकना करने के लिए एक हॉट प्लेट का प्रयोग करें।
  2. स्पिन coater पर नमूना प्लेस, और फिर जेडएनओ नमूना पर 100 μl साथ photoresist की तरल समाधान (S1813) बांटना।
  3. 10 सेकंड के लिए 800 rpm पर स्पिन coater चलाने के लिए और फिर एक समान रूप से पतली परत का उत्पादन करने के लिए 30 सेकंड के लिए 3000 rpm के लिए तेजी लाने के।
  4. शीतल सेंकना 90 सेकंड के लिए 105 ओ सी में photoresist लेपित जेडएनओ नमूना।
  5. मुलायम-पाक के बाद, photoresist लेपित नमूना Trou बेनकाब करने के लिए पराबैंगनी प्रकाश का उपयोगमुखौटा aligner द्वारा एक photomask gh। जोखिम समय 2 सेकंड है और बिजली की 400 डब्ल्यू है
    नोट:। Photomask के पैटर्न है विस्तृत 0.03 मिमी और लंबे समय तक 4 मिमी (14 जोड़े) और चित्रा 2 में दिखाया गया के रूप में 0.15 मिमी की एक अंतर-इलेक्ट्रोड रिक्ति है, जो interdigitated-तरह के रूप में बनाया गया है यह ध्यान देने योग्य है कि कुल सहज क्षेत्र डिटेक्टर के लिए 84.32 मिमी 2 है।
  6. जोखिम प्रक्रिया के बाद, उपयोग चिमटी नमूना क्लिप करने के लिए, और फिर पतला डेवलपर में विसर्जित कर 35 एस विकसित नमूना प्राप्त करने के लिए पक्ष की ओर से झूल की कार्रवाई के माध्यम से (डेवलपर के 50 मिलीग्राम और विआयनीकृत पानी की 150 मिलीलीटर मिक्स)।
  7. नाइट्रोजन गैस के साथ विकसित डि पानी के साथ नमूना और सूखी कुल्ला।
  8. बरकरार पैटर्न की जांच करने के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करें। यदि नहीं, तो photoresist दूर करने के लिए एसीटोन का उपयोग करें और सही पैटर्न प्राप्त किया गया है जब तक दोहराने 4.2-4.7 कदम।
  9. मुश्किल से 20 मिनट के लिए 120 ओ सी में नमूना सेंकना।

  1. रासायनिक लिफ्ट बंद प्रक्रिया को आगे बढ़ने से पहले विकसित नमूना के शीर्ष पर एक पतली प्रवाहकीय पं परत (100 एनएम) जमा करने के लिए आरएफ मैग्नेट्रान sputtering प्रणाली का प्रयोग करें।
  2. 13 मिमी पर लक्ष्य और सब्सट्रेट के बीच की दूरी निर्धारित करें।
  3. 5 mTorr के किसी न किसी निर्वात तक पहुंचने के लिए यांत्रिक पंप का प्रयोग करें।
  4. फिर, 7 एक्स 10 -7 Torr के एक उच्च वैक्यूम प्राप्त करने के लिए टर्बो पंप का उपयोग करें।
  5. चैम्बर उच्च वैक्यूम पहुंचता है जब तक रुको, टर्बो पंप को बंद करने और बाद में यांत्रिक पंप खुला।
  6. 100 mTorr के काम के दबाव तक पहुँचने कक्ष दबाव जब तक मास प्रवाह नियंत्रक द्वारा चैम्बर में 0.3 मिलीलीटर / सेकंड में आर्गन गैस का प्रवाह।
  7. प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) को चालू करें बिजली की आपूर्ति का निर्वहन और 25 मिनट के लिए नमूना पर पं पतली फिल्म इलेक्ट्रोड sputtering के लिए 15 डब्ल्यू पर डीसी बिजली की स्थापना की।
  8. पं इलेक्ट्रोड परत मैग्नेट्रान sputt द्वारा जमा किये जाने के बादविधि ering, चैम्बर से नमूना बाहर ले।
  9. Photoresist दूर करने के लिए अल्ट्रासोनिक क्लीनर द्वारा रासायनिक लिफ्ट बंद प्रक्रिया के लिए एसीटोन तरल में नमूना विसर्जित कर दिया।
  10. अच्छी तरह से जेडएनओ पतली फिल्म पर interdigitated-तरह पं इलेक्ट्रोड photoresist हटाने, और फिर प्राप्त करने के लिए 1 मिनट पर सफाई समय निर्धारित करें।

6. आरटीए प्रक्रिया

  1. आरटीए प्रणाली में के रूप में गढ़े पं / जेडएनओ नमूना रखें।
  2. 20 mTorr के लिए आरटीए कक्ष दबाव नीचे पंप करने के लिए यांत्रिक पंप और गेट वाल्व का प्रयोग करें।
  3. चैम्बर दबाव 20 mTorr तक पहुँच जाता है, जब तक चेंबर में 0.3 मिलीलीटर / सेकंड में आर्गन गैस का प्रवाह और 5 Torr के काम के दबाव सेट रुको।
  4. इसके बाद, 100 ओ सी / मिनट के रूप में हीटिंग दर निर्धारित किया है।
  5. फिर, 10 मिनट के लिए 450 ओ सी में नमूना पानी रखना।
  6. Annealed एक बार, नमूना आरटी के लिए ठंडा जब तक, तब नमूना बाहर ले प्रतीक्षा करें।

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Representative Results

जेडएनओ (0002) उच्च ग के साथ पतली फिल्मों सफलतापूर्वक PECVD प्रणाली का उपयोग करके सी substrates पर पसंदीदा अभिविन्यास संश्लेषित किया गया है धुरी। कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) और diethylzinc (DEZn) क्रमशः, ऑक्सीजन और जस्ता व्यापारियों के रूप में इस्तेमाल किया गया। जेडएनओ पतली फिल्मों की क्रिस्टल संरचना जेडएनओ पतली फिल्म सबसे मजबूत (0002) विवर्तन चोटी के साथ 400 ओ सी में संश्लेषित यह दर्शाता है कि एक्स-रे विवर्तन (चित्रा 4) की विशेषता थी। संश्लेषित तापमान 500 डिग्री सेल्सियस तक की वृद्धि हुई है, जब (0002) विवर्तन शिखर (10-10) विवर्तन शिखर की उपस्थिति के साथ साथ कमजोर हो गया। विशेष रूप से, सभी जेडएनओ विवर्तन चोटियों संश्लेषित तापमान सी ओ 600 पर सेट किया जाता है जब गायब हो जाएगा में - सीटू OES जेडएनओ संश्लेषित प्रक्रिया (चित्रा 5) के दौरान प्लाज्मा रासायनिक संरचना की निगरानी के लिए नियुक्त किया गया था। परिणामों से संकेत मिलता है कि जिंक, हे 2 (चित्रा 6A-ई) के साथ अलग सतह morphologies चलता है कि प्रकट करते हैं। छोटे अनाज आकार के वितरण के साथ सजातीय सतह और सी ओ 300 पर प्राप्त किया और 400 थे जेडएनओ पतली फिल्मों के ऑप्टिकल गुण पी एल स्पेक्ट्रा (चित्रा 7) द्वारा निर्धारित किया गया है। परिणाम जेडएनओ पतली फिल्मों एक मजबूत NBE उत्सर्जन दिखा 300 और 400 ओ सी में और एक नगण्य डीएल उत्सर्जन के साथ संश्लेषित कि संकेत मिलता है। इसके अलावा, सी 600 ओ करने के लिए 300 से तापमान में वृद्धि के साथ लघु तरंग दैर्ध्य के NBE उत्सर्जन पारियों संप्रेषण माप 200, 300 और 400 ओ सी में संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों औसत दिखाई दे संप्रेषण अधिक से अधिक 80% (चित्रा 8A-बी) के साथ अच्छा पारदर्शिता है कि इंगित करता है। दिलचस्प है, संप्रेषण dramat गिरावट आईसंश्लेषित तापमान 500 ओ सी के अतिरिक्त अप करने के लिए बढ़ रहे थे ically जब

जेडएनओ पतली फिल्म और पं interdigitated इलेक्ट्रोड के साथ संयुक्त यूवी फोटोडिटेक्टर के प्रदर्शन की जांच की गई है। विशेषताओं से, फोटोडिटेक्टर की वर्तमान जाहिर है कि अंधेरे की शर्तों के तहत (9 चित्रा) के साथ तुलना में, प्रकाश रोशनी के तहत बढ़ाया गया था। यह भी मुझे लगता है कि मनाया जा रहा था - वी घटता सममित हैं, जेडएनओ पतली फिल्म और पं इलेक्ट्रोड के बीच एक एमएसएम Ohmic संपर्क व्यवहार को दर्शाती है। फोटोडिटेक्टर के समय पर निर्भर फोटो वर्तमान प्रतिक्रिया बंद और पराबैंगनी प्रकाश (38 मेगावाट / सेमी 2) 5 वी के पूर्वाग्रह से कम पांच बार (10 चित्रा) पर मोड़ के साथ मापा गया था।

चित्र 1
प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प डी की चित्रा 1. योजनाबद्ध आरेखeposition प्रणाली। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. पं interdigitated इलेक्ट्रोड के साथ संयुक्त जेडएनओ आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर के योजनाबद्ध आरेख। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
सिलिकॉन substrates पर संश्लेषित जेडएनओ फिल्मों पर गढ़े पं interdigitated इलेक्ट्रोड के लिए पत्थर के छापे की प्रक्रिया के चित्रा 3. फ्लो चार्ट। चरण (ए) 150 ओ सी के रूप में संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्म गरम करने के लिए गर्म प्लेट का उपयोग करता है 10 मिनट के लिए सतह नमी को दूर करने के लिए। चरण (बी) के स्पिन कोट जेडएनओ पतली फिल्म पर photoresist। 90 S अतिरिक्त photoresist विलायक को दूर करने के लिए मुलायम चरण (सी) 105 ओ सी में photoresist लेपित जेडएनओ नमूना bakes। चरण (डी) 2s के लिए एक photomask के माध्यम से पराबैंगनी प्रकाश को उजागर करता है। चरण (ई) photoresist को दूर करने के लिए डेवलपर का उपयोग करता है। चरण (एफ) हार्ड अगले आरएफ मैग्नेट्रान sputtering तैयार करने के लिए एक अधिक टिकाऊ सुरक्षा परत बनाने के लिए 20 मिनट के लिए 120 ओ सी में नमूना bakes। चरण (जी) विकसित नमूना पर एक पतली पं परत जमा करने के लिए आरएफ मैग्नेट्रान sputtering का उपयोग करता है। चरण (एच) लिफ्ट बंद करने के लिए नमूना एसीटोन का उपयोग करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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अलग संश्लेषण तापमान पर संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों के लिए चित्रा 4 एक्स-रे विवर्तन पैटर्न 200 से घन कश्मीर α विकिरण (λ = 1.54 क) द्वारा उत्सर्जित था 600 ओ सी एक्स-रे के लिए बताया गया। स्कैन कोण 80 ओ के लिए 30 ओ से स्थापित किया गया था, कदम आकार 0.01 ओ थी और कदम के प्रति समय 0.15 सेकंड था। जेडएनओ (10-10) विवर्तन शिखर 31.59 ओ पर स्थित है, जबकि जेडएनओ (0002) विवर्तन शिखर, 34.24 ओ पर स्थित है। दूसरों विवर्तन चोटियों सब्सट्रेट संकेतों से आते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5। - 400 ओ सी पर संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्म के दौरान आरएफ प्लाज्मा के लिए सीटू OES स्पेक्ट्रम डेटा संदर्भ 28. से सीओ प्रजाति के रूप में निर्धारित कर रहे हैं एनएम 449, 517 और 559 पर स्थित चोटियों संकेतों की पुष्टि की थी। 466, 471 और Zn प्रजाति के रूप में निर्धारित कर रहे हैं एनएम 482, और 634 एनएम पर स्थित चोटियों संकेतों हे 2 प्रजाति के रूप में चुना गया है। 325 और 430 एनएम के बीच सीमा में स्थित जटिल संकेतों DEZn के अपघटन प्रजाति के रूप में निर्धारित कर रहे हैं। निगरानी की समय 7 सेकंड था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
अलग संश्लेषण temperatu पर संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों के लिए चित्रा 6 विमान-व्यू SEM छवियों (ए) 200 (बी) 300 (सी) 400 (डी) 500, और (ई) 600 ओ सी सहित रिस,, क्रमशः। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
अलग संश्लेषण तापमान पर संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों के लिए चित्रा 7. आर टी पी एल स्पेक्ट्रा माप 100% लेजर बिजली क्षमता के तहत उन्होंने कहा कि सीडी लेजर 325 एनएम का इस्तेमाल किया 200 से 600 ओ सी पी एल को लेकर। जोखिम समय 10 सेकंड था। पता लगाने रेंज 325 एनएम से 750 से किया गया था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

वाईएस "> आंकड़ा 8
अलग संश्लेषण तापमान पर संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों के लिए 8 चित्रा ऑप्टिकल संप्रेषण स्पेक्ट्रा (ए) से 400 से 800 समुद्री मील दूर करने के लिए मापा ठेठ ऑप्टिकल संप्रेषण स्पेक्ट्रा। (बी) के औसत संप्रेषण मूल्यों संश्लेषण तापमान के एक समारोह के रूप में। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
चित्रा 9. मैं -। गढ़े जेडएनओ पतली फिल्म आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर के वी विशेषताओं माप (बिजली 38 मेगावाट / 2 सेमी (लाल वक्र) के घनत्व और अंधेरे शर्त के साथ 325 एनएम यूवी प्रकाश रोशनी के तहत किया गयाकाले वक्र), और वृषण 10 वी -10 वी से पूर्वाग्रह वोल्टेज पर थे यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 10
चित्रा जेडएनओ पतली फिल्म आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर के लिए 10 समय पर निर्भर photocurrent प्रतिक्रिया। माप, 5 बार पराबैंगनी प्रकाश (38 मेगावाट / 2 सेमी) के तहत 5 वी के पूर्वाग्रह पर / बंद हलकों पर स्विच मोड़ के ऊपर लागू किया गया था, जिसमें दोनों बारी में पराबैंगनी प्रकाश का -ओं और बारी-बंद समय 10 सेकंड थे। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

महत्वपूर्ण कदम और संशोधनों

चरण 1 में, substrates अच्छी तरह से साफ और 1.3 substrates पर कोई तेल या कार्बनिक और अकार्बनिक संदूषण है कि वहाँ सुनिश्चित करने के लिए पीछा किया 1.5 कदम होना चाहिए। सब्सट्रेट सतह पर किसी भी तेल या कार्बनिक और अकार्बनिक संदूषण काफी फिल्म के आसंजन कम हो जाएगा।

चरण 2 जेडएनओ फिल्म तैयार करने की प्रक्रिया से पहले सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। DEZn बहुत विषैला होता है और हिंसक पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है और आसानी से हवा के साथ संपर्क पर ignites। DEZn बहुत ध्यान से स्टील सिलेंडर में इंजेक्ट किया और फिर तुरंत 6 Torr करने के लिए नीचे पंप किया जाना चाहिए। चरण 3 में, यहां तक ​​कि थोड़ा अलग सेटिंग्स विभिन्न परिणामों को बढ़ावा मिलेगा क्योंकि प्रत्येक प्रयोगात्मक पैरामीटर और कदम सही ढंग से पूरा हो गया है कि यह सुनिश्चित कर लें।

चरण 4 एक लिथोग्राफी प्रयोगशाला और गैर-यूवी प्रकाश रोशनी और डी से बचने के लिए एक साफ कमरे में बाहर किया जाना चाहिएUst-pollutionor कण-प्रदूषण प्रभाव। चरण 5 में, डीसी निर्वहन बिजली की आपूर्ति की शक्ति धीरे से उठाया जाना चाहिए; अन्यथा पं लक्ष्य टूट जाएगा। चरण 6 में, नमूने नमूना समान रूप से गर्म किया जा सकता है कि यह सुनिश्चित करने के लिए आरटीए चैम्बर के बीच में रखा जाना चाहिए।

डेटा विश्लेषण

संश्लेषित तापमान उच्च गुणवत्ता ग synthesizing के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है थर्मल विस्तार गुणांक और जेडएनओ पतली फिल्मों और सी सब्सट्रेट के बीच इंटरफेसियल ऊर्जा के साथ थर्मल बेमेल तनाव प्रभाव काफी क्रिस्टेलोग्राफिक उन्मुखीकरण को प्रभावित कर सकते हैं, क्योंकि जेडएनओ पतली फिल्म की धुरी। यह स्पष्ट रूप से XRD पैटर्न (चित्रा 4) से देखा जा सकता है। सबसे मजबूत जेडएनओ (0002) विवर्तन शिखर तापमान PECVD विधि द्वारा सी सब्सट्रेट पर ग धुरी जेडएनओ पतली फिल्म synthesizing के लिए एक इष्टतम संश्लेषित तापमान का संकेत है कि, 400 ओ सी में प्राप्त हुई थी। एक और वृद्धि के साथजेडएनओ क्रिस्टल गुणवत्ता की गिरावट के लिए अग्रणी 500 ओ सेल्सियस तक संश्लेषित तापमान में। संश्लेषित तापमान 600 ओ सी पर स्थापित किया गया था इसके अलावा, जब जेडएनओ पतली फिल्म अनाकार चरण के लिए परिवर्तित यह पर्याप्त उच्च तापमान (यानी, 400 ओ सी) स्थिर साइट को खोजने के अणुओं की क्षमता बढ़ाने और उच्च गुणवत्ता क्रिस्टल के साथ जेडएनओ पतली फिल्म है, जिसके परिणामस्वरूप पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं कि माना जा सकता है। इसके साथ ही, जेडएनओ में रिक्तियों, समाने, और dislocations सहित आम दोष भी कम कर रहे हैं। अत्यधिक उच्च तापमान (यानी, 500 और 600 ओ सी) 25 नियोजित किया गया था हालांकि, जब जेडएनओ Zn और ओ 2 अणुओं में सड़ जाएगा। इसके अलावा, जेडएनओ (6.7 x 10 -6 कश्मीर -1) 26 पतली फिल्म और सी के बीच विभिन्न थर्मल विस्तार गुणांक (4.18 x 10 -6 कश्मीर -1) 900 कश्मीर में 27 सब्सट्रेट थर्मल बेमेल एसटीआर निकलेगाइंटरफेसियल ऊर्जा के साथ ऐन प्रभाव। ऊपर घटना पाली क्रिस्टलीय या अनाकार चरण में है, जिसके परिणामस्वरूप जेडएनओ पतली फिल्म की क्रिस्टल गुणवत्ता खराब हो सकता है।

जेडएनओ संश्लेषित प्रक्रिया के दौरान प्लाज्मा रासायनिक संरचना की निगरानी के लिए, में - आरएफ प्लाज्मा के सीटू OES स्पेक्ट्रम विश्लेषण (चित्रा 5) किया गया। OES विश्लेषण परिणाम तीन मजबूत Zn उत्सर्जन चोटियों के आसपास 475 एनएम दिखाई दिया और अन्य विशिष्ट उत्सर्जन चोटियों 2 हे और सीओ संकेतों 28 के रूप में निर्धारित किया गया है कि सचित्र। इसके अलावा, 325 और 430 एनएम के बीच सीमा में स्थित कुछ जटिल उत्सर्जन चोटियों DEZn के अपघटन प्रजाति के रूप में निर्धारित कर रहे हैं। संश्लेषित प्रक्रिया के दौरान प्लाज्मा रासायनिक संरचना के सीटू निगरानी - ऊपर लाभकारी जानकारी OES में के लिए एक उपयोगी साधन है कि इंगित करता है।

जेडएनओ फिल्मों की पतली सतह morphologies FE-SEM <द्वारा मनाया गयाstrong> (चित्रा 6A-ई)। यह जेडएनओ घनी गोलाकार अनाज के साथ और छोटे अनाज आकार के वितरण के साथ पैक 300 और 400 ओ सी शो में संश्लेषित है कि देखा जा सकता है। कि संश्लेषित शर्त के साथ तुलना में, अन्य जेडएनओ पतली फिल्मों polycrystalline या अनाकार चरण, जिसका अर्थ है उच्छृंखल और अनियमित सतह दिखा रहे हैं। यह SEM छवियों पिछले XRD परिणामों के साथ संगत कर रहे हैं कि ध्यान देने योग्य है।

ऑप्टिकल गुण 325 एनएम उन्होंने कहा कि सीडी लेजर के साथ आर टी पी एल स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित किया गया है। पीएल माप (चित्रा 7) से, सभी जेडएनओ पतली फिल्मों एक exciton-exciton टक्कर प्रक्रिया 29 के माध्यम से मुक्त excitons के पुनर्संयोजन को जिम्मेदार ठहराया है, जो चारों ओर 375 एनएम, पर स्थित एक मजबूत NBE उत्सर्जन चोटी दिखा। संश्लेषित तापमान सी ओ 200 पर सेट और 500 थे, जब इसके साथ ही, चारों ओर 575 एनएम पर स्थित व्यापक दोष संबंधी डीएल उत्सर्जन चोटियों प्राप्त कर रहे हैं यह भी NBE उत्सर्जन एक नीली पारी है कि पाया जाता हैतापमान में वृद्धि के साथ संश्लेषित तरंग दैर्ध्य के लिए। सामान्य तौर पर, डीएल उत्सर्जन जैसे ऑक्सीजन रिक्ति और जस्ता मध्य के रूप में 30 जेडएनओ चरण में दोष और विभिन्न संरचनात्मक दोषों में जाना जाता है, और blueshift कारण जेडएनओ पतली फिल्म 31 में मजबूत अवशिष्ट अनिसोट्रोपिक तनाव के लिए है। इसलिए, पीएल परिणाम संश्लेषित तापमान काफी जेडएनओ पतली फिल्मों के ऑप्टिकल गुणों को प्रभावित कर सकते हैं कि दर्शाते हैं। सभी जेडएनओ नमूनों के बीच, 300 में संश्लेषित किया गया और 400 ओ उच्च (0002) XRD विवर्तन शिखर के साथ एक प्रभुत्व NBE उत्सर्जन चोटी और नगण्य डीएल उत्सर्जन दिखा सी जो केवल दो नमूने हैं।

सभी संश्लेषित जेडएनओ पतली फिल्मों के लिए पारदर्शिता संप्रेषण स्पेक्ट्रम (चित्रा 8A) और गणना की गई है प्रत्येक जेडएनओ नमूना के लिए औसत संप्रेषण मूल्य (चित्रा 8B) द्वारा मापा गया। जेडएनओ नमूनों की औसत संप्रेषण मूल्य, 200 पर 300 एक संश्लेषितएन डी पूरे दृश्य क्षेत्र में 400 ओ सी के बारे में 80% है, लेकिन नमूने 500 पर संश्लेषित और 600 ओ विशेष रूप से 600 ओ सी पर संश्लेषित जेडएनओ नमूना के लिए, एक अपेक्षाकृत कम संप्रेषण दिखाने सी उच्च तापमान पर संश्लेषित जेडएनओ नमूना की कम संप्रेषण के लिए कारण अब तक अभी भी स्पष्ट नहीं है। हालांकि, उच्च ग उच्च पारदर्शिता के साथ तरजीही उन्मुखीकरण जेडएनओ चरित्र भविष्य उच्च संप्रेषण जेडएनओ आधारित optoelectronic उपकरणों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि यह दर्शाता है, प्राप्त किया गया है धुरी।

जेडएनओ चरण सामान्य वातावरण में ऑक्सीजन के अणुओं को सोखना और यूवी रोशनी के तहत ऑक्सीजन के अणुओं desorb सकता है, क्योंकि यह यूवी फोटोडिटेक्टर रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। ऑक्सीजन के अणुओं जेडएनओ के चालन बैंड से मुक्त इलेक्ट्रॉनों पर कब्जा करने से एक जेडएनओ सतह पर सोखना कर सकते हैं [ओ 2 + ई - → ओ 2 -], बहुत कम करने के लिए अग्रणी, सतह के पास एक कमी परत जो पैदावारजेडएनओ की चालकता। [- + एच + एच ʋ → ई] जेडएनओ अधिक, इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े उत्पन्न हो जाएगा जेडएनओ के बैंड अंतराल (यानी, यूवी प्रकाश) से फोटान ऊर्जा से प्रकाशित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े से इन मार्गों को सतह की ओर ले जाने और adsorbed के ऑक्सीजन के अणुओं को बेअसर करेंगे [एच + + हे 2 - → हे 2]। निराकरण ऑक्सीजन के अणुओं को सहजता से काफी चालकता वृद्धि करता है जो जेडएनओ, की सतह के रूप में desorb कर सकते हैं। इसलिए, इस सिद्धांत के अनुसार, उच्च सी पतली फिल्म जेडएनओ यूवी फोटोडिटेक्टर निर्माण करने के लिए एक संवेदन परत के रूप में इस्तेमाल किया गया था धुरी। साथ और यूवी प्रकाश रोशनी और समय पर निर्भर photocurrent प्रतिक्रिया (चित्रा 9 और 10) के बिना वी वक्र - गढ़े पं / जेडएनओ फोटोडिटेक्टर की यूवी का पता लगाने विशेषताओं मैं मापने के द्वारा जांच की और पुष्टि की गई। एक स्पष्ट सममित व्यवहार ओ हो सकता हैbserved, आरटीए द्वारा 450 ओ सी में आर्गन में पोस्ट annealed के बाद उच्च गुणवत्ता Ohmic संपर्क पं / जेडएनओ इंटरफेस में हासिल किया गया है कि यह दर्शाता है। मापा मैं के अनुसार - वी घटता, अंधेरे वर्तमान के बारे में 0.36 मा है और फोटो वर्तमान यूवी प्रबुद्ध और अंधेरी हालत के बीच मौजूदा अंतर दर्शाता है, 5 वी पर के बारे में 4.3 मा है। यूवी फोटोडिटेक्टर का प्रदर्शन अपनी प्रतिक्रिया और वसूली समय पर महत्वपूर्ण निर्भर है, क्योंकि समय पर निर्भर फोटो वर्तमान प्रतिक्रिया लागू किया गया था। प्रतिक्रिया समय आमतौर पर अधिकतम तस्वीर-वर्तमान के 90% के दृष्टिकोण करने के लिए समय के रूप में परिभाषित किया गया है, और वसूली समय अधिकतम फोटो वर्तमान के 10% के क्षय के लिए समय है। समय पर निर्भर फोटो वर्तमान प्रतिक्रिया माप से, प्रतिक्रिया और वसूली समय क्रमश: लगभग 3 और 9 एस रहे हैं। इसके अलावा, यूवी प्रकाश विश्वसनीयता के परीक्षण के लिए पांच बार चालू किया और बंद किया गया था। ऊपर माप के अनुसार, जेडएनओ आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर एक तेजी से पता चलता हैresponsivity और वाणिज्यिक यूवी फोटोडिटेक्टर आवेदन के लिए संभावित विकास में इस्तेमाल किया जा सकता है, जो उच्च विश्वसनीयता,।

संक्षेप में, यह वर्तमान अध्ययन उच्च ग संश्लेषित तापमान का जुर्माना नियंत्रण के साथ PECVD द्वारा सी substrates पर तरजीही उन्मुखीकरण जेडएनओ पतली फिल्म की धुरी के संश्लेषण के लिए एक तरीका प्रदान करता है। इष्टतम ग जेडएनओ पतली फिल्म दृश्य प्रकाश के लिए क्रिस्टल संरचना, ऑप्टिकल संपत्ति, और पारदर्शिता के मामले में एक प्रतिस्पर्धी और कार्यात्मक विशेषता दिखा 400 ओ सी में संश्लेषित किया गया था धुरी। Ohmic संपर्क के साथ पं interdigitated इलेक्ट्रोड के साथ संयुक्त जेडएनओ आधारित यूवी फोटोडिटेक्टर यह वर्तमान कार्य के लिए एक मूल्यवान दिशा और आवेदन अनुसंधान के क्षेत्र में दोनों हो सकता है 5 वी के पूर्वाग्रह पर पराबैंगनी प्रकाश (38 मेगावाट सेमी -2) के तहत एक तेज responsivity और उच्च विश्वसनीयता दर्शाती और उद्योग।

संभावित लाभ और PECVD तकनीक की कमियां

प्लाज्मा बढ़ाया केमराजनैतिक वाष्प जमाव (PECVD) substrates पर ठोस राज्य के लिए वाष्प राज्य से पतली फिल्मों के संश्लेषण के लिए नियोजित किया गया है, जो एक उपयोगी तकनीक है। प्लाज्मा आम तौर पर आमतौर पर आम तौर पर क्रमश: नीचे इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल शीर्ष इलेक्ट्रोड और नमूना मंच के रूप में इस्तेमाल showerhead के इलेक्ट्रोड के बीच डीसी या आरएफ बिजली की आपूर्ति से उत्पन्न है। इन दो इलेक्ट्रोड के बीच अंतरिक्ष अभिकारक गैसों से रासायनिक प्रतिक्रियाओं से भर जाता है। नमूने के क्रिस्टल अभिविन्यास और रचना संश्लेषण हालत और अभिकारक व्यापारियों के अनुपात पर निर्भर है। उदाहरण के लिए, DEZn और सीओ 2 व्यापारियों क्रमश: जेडएनओ पतली फिल्म synthesizing के लिए जिंक और ऑक्सीजन के सूत्रों प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। जाहिर है, प्लाज्मा इस तकनीक में एक मुख्य विशेषता है। उच्च घने configuratio फार्म के लिए प्लाज्मा बढ़ाया सहायता के माध्यम से, आयनित अभिकारक परमाणुओं या अणुओं को प्रभावी ढंग से सब्सट्रेट सतह को फैलाना है कि, और फिर आसानी से पड़ोसी आयनित परमाणुओं या अणुओं के साथ प्रतिक्रियाn पतली फिल्म। एक परिणाम के रूप में, सभी नमूनों संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान ऊर्जावान आयन बमबारी से अवगत कराया जा सकता है।

प्लाज्मा प्रतिक्रिया लगातार संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान होने वाली है, क्योंकि PECVD तकनीक का मुख्य लाभ में शामिल हैं: (क) कम संश्लेषण तापमान लगभग सभी नमूने (100 से 450 ओ सी के लिए) कम तापमान पर संश्लेषित किया जा सकता, (ख) उच्च पहलू अनुपात हालत उपलब्ध है (उपयोग उच्च घनत्व प्लाज्मा तो), (ग) उच्च जमा दर, अनुकूलित गैस वितरण के साथ (घ) आरएफ संचालित showerhead, वर्दी प्लाज्मा प्रसंस्करण, (ई) अच्छा पतली फिल्म सतह एकरूपता, और (च) रासायनिक प्रदान करता है रचना संरचना पतले से नियंत्रित किया जा सकता है।

हालांकि, PECVD तकनीक रासायनिक प्रतिक्रिया और उच्च घनत्व प्लाज्मा बमबारी शामिल है, और यह कुछ सीमाएं और कमियां है। पूरी प्रक्रिया रासायनिक और कण प्रदूषण, आवश्यक सावधान और उचित हैंडलिंग की एक बड़ी संख्या का उत्पादन होगा। उच्चशुद्ध गैसों इस तकनीक में जरूरी हैं, तो समाधान में कार्रवाई की जा सकती है कि इस तरह DEZn के रूप में एक विशिष्ट अग्रदूत की सीमा। स्रोत अस्थिर अग्रदूत तैयार करने के लिए कुछ विलायक में भंग करने की क्षमता नहीं होती है, तो वाहक गैस संश्लेषण ऐसा करने के लिए कक्ष में अभिकर्मक गैस उद्धार नहीं होगा। उच्च घनत्व प्लाज्मा बमबारी एकरूपता और पतली फिल्म की गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं इसके अलावा, हालांकि, उच्च अवशिष्ट तनाव पतली फिल्म के तोड़ने में जिसके परिणामस्वरूप बनाया जाएगा। इसके अलावा, इस तकनीक पारंपरिक रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के साथ तुलना में लागत में एक छोटे से अधिक करने के लिए अग्रणी एक अतिरिक्त डीसी या आरएफ बिजली की आपूर्ति प्रणाली की जरूरत है।

भविष्य के निर्देश और अनुप्रयोग

इस तरह के काम के दबाव, गैस संरचना, गैस प्रवाह की दर, आरएफ शक्ति, अभिकारक अग्रदूत और दूसरों के रूप में कई प्रक्रिया मापदंडों के सभी PECVD तकनीक में पतली फिल्मों synthesizing के लिए दूसरे पर आश्रित हैं। केवल संश्लेषण तापमान के परिवर्तन में अध्ययन किया गया हैइस शोध को प्रस्तुत किया। आगे इस तकनीक में सीमाओं और क्षमताओं की जांच के लिए आवश्यकता होती है काम का एक बहुत अभी भी वहाँ है। उदाहरण के लिए, गैस संरचना पतली फिल्मों के stoichiometry भिन्न हो सकता है और काम के दबाव विविध पतली फिल्म विन्यास निकलेगा जो आयनित गैसों का मतलब मुफ्त पथ को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, भविष्य के काम से ऊपर उल्लेख किया मापदंडों के माध्यम से क्रिस्टल गुणवत्ता या गुण हेरफेर करने के लिए आगे समझने के लिए की आवश्यकता होगी।

PECVD तकनीक का व्यापक रूप में आम तौर पर कम तापमान प्रक्रिया की आवश्यकता है जो अर्धचालक पर पतली फिल्मों के संश्लेषण के निर्माण में इस्तेमाल किया गया है। PECVD विधि की अनुमति दी है और यह भी लचीला उपकरणों आवेदन में नियोजित किया जा सकता है, जो बहुलक substrates पर पतली फिल्म के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया गया है। कम तापमान आवेदन करने के अलावा, हम पहले से ही hig में इस्तेमाल किया जा सकता है, जो संश्लेषण के तापमान, वृद्धि से गैर ध्रुवीय जेडएनओ पतली फिल्म गढ़ेएच-दक्षता प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) या पर्यावरण सेंसर तकनीक।

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Acknowledgments

इस काम के लिए आर्थिक रूप से विज्ञान और प्रौद्योगिकी और चीन के गणराज्य के राष्ट्रीय विज्ञान परिषद (अनुबंध नं। एनएससी 101-2221-ए-027-042 और एनएससी 101-2622-ए-027-003-CC2) मंत्रालय द्वारा समर्थित किया गया था। डीएच वी धन्यवाद डॉ Shechtman पुरस्कार के लिए राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी ताइपे विश्वविद्यालय (ताइपे टेक) पुरस्कार।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
RF power supply ADVANCED ENERGY RFX-600
Butterfly valve MKS 253B-1-40-1
Mass flow controller PROTEC INSTRUMENTS PC-540
Pressure controller MKS 600 series 
Heater UPGRADE INSTRUMENT CO. UI-TC 3001
Sputter gun AJA INTERNATIONAL A320-HA
DEZn 1.5M ACROS ORGANIC USA, New Jersey also called Diethylzinc (C2H5)2Zn
Spin coater  SWIENCO PW - 490
I-V measurement Keithley Model: 2400
Photocondutive measurement  Home-built
UV light sourse Panasonic ANUJ 6160
Mask aligner Karl Suss MJB4
Photoresist Shipley a Rohm & Haas company S1813
Developer Shipley a Rohm & Haas company MF319
Silicon wafer E-Light Technology Inc 12/0801
Glass substrate CORNING 1737 P-type / Boron

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References

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

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इंजीनियरिंग अंक 104 जेडएनओ पतली फिल्म, प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव diethylzinc (DEZn) सेंसर पं interdigitated इलेक्ट्रोड Ohmic संपर्क यूवी फोटोडिटेक्टर
संश्लेषण और प्लाज्मा द्वारा उच्च सी अक्ष जेडएनओ पतली फिल्म की विशेषता रासायनिक वाष्प जमाव प्रणाली और इसके यूवी Photodetector आवेदन बढ़ी
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Chao, C. H., Wei, D. H. Synthesis… More

Chao, C. H., Wei, D. H. Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application. J. Vis. Exp. (104), e53097, doi:10.3791/53097 (2015).

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