Some features of localization of Al, Ga and In impurities in ZnO layers

封面

如何引用文章

全文:

详细

Reducing the cost of the materials and technologies used to form functional films is one of the most pressing issues in the rapidly developing transparent electronics industry. In this regard, ZnO-based films deposited by magnetron sputtering are of particular interest, being considered as a real alternative to more expensive indium oxide films when forming transparent electrodes in various optoelectronic applications. However, the choice of optimal film's compositions and formation modes for each specific application is complicated by the lack of systematic comparative data on these systems obtained under identical conditions. In this work, ZnO films doped with Al, Ga, and In at a level of 1 to 20 at.% were obtained under identical conditions by the magnetron sputtering method. The dependence of the structure and electrical characteristics of ZnO films on the dopant content and deposition temperature was studied. It has been established that the key factors determining the behavior of an impurity in a ZnO matrix are its chemical activity, solubility in the matrix, the ionic radius of the impurity metal in a given coordination, and the electrical characteristics of additional oxide phases of the doping element formed at grain boundaries.

作者简介

Akhmed Akhmedov

Institute of Physics of the Dagestan Federal Research Center of RAS

Ph. D., Leading Researcher

Abil Asvarov

Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics, National Research Center «Kurchatov Institute

Ph. D., Senior Researcher

Eldar Murliev

Institute of Physics of the Dagestan Federal Research Center of RAS

Junior Researcher

Zamir Shomakhov

Kabardino-Balkarian State University named after H.M. Berbekov

Email: shozamir@yandex.ru
Ph. D., Director of the Institute of artificial intelligence and digital technologies

参考

  1. Liu, H. Transparent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices / H. Liu, V. Avrutin, N. Izyumskaya, Ü. Özgür, H. Morkoç // Superlattices and Microstructures. - 2010. - V. 48. - I. 5. - P. 458-484. doi: 10.1016/j.spmi.2010.08.011.
  2. Minami, T. Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes / T. Minami // Semiconductors Science and Technology. - 2005. - V. 20. - № 4. - P. S35-S44. doi: 10.1088/0268-1242/20/4/004.
  3. Stadler, A. Transparent conducting oxides - an up-to-date overview / A. Stadler // Materials. - 2012. - V. 5. - I. 4. - P. 661-683. doi: 10.3390/ma5040661.
  4. Liu, Y. ZnO-based transparent conductive thin films: doping, performance, and processing / Y. Liu, Y. Li, H. Zeng // Journal of Nanomaterials. - 2013. - V. 2013. - Art. Id 196521. - 9 p. doi: 10.1155/2013/196521.
  5. Bikowski, A. Analytical model of electron transport in polycrystalline, degenerately doped ZnO films / A. Bikowski, K. Ellmer // Journal of Applied Physics. - 2014. - V. 116. - I. 14. - P. 143704-1-143704-11. doi: 10.1063/1.4896839.
  6. Akhmedov, A.K. A multi-position drum-type assembly for simulaneos film deposition at different temperatures in a single sputter cycle - application to ITO thin films / A.K. Akhmedov, A. Sh. Asvarov, A.E. Muslimov, V.M. Kanevsky // Coatings. - 2020. - V. 10. - I. 11. - Art. № 1076. - 9 p. doi: 10.3390/coatings10111076.
  7. Serier, H. Al-doped ZnO powdered materials: Al solubility limit and IR absorption properties / H. Serier, M. Gaudon, M. Ménétrier // Solid State Sciences. - 2009. - V. 11. - I. 7. - P. 1192-1197. doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2009.03.007.
  8. Shirouzu, K. Distribution and solubility limit of Al in Al2O3-doped ZnO sintered body / K. Shirouzu, T. Ohkusa, M. Hotta, N. Enomoto, J. Hojo // Journal of the Ceramic Society of Japan. - 2007. - V. 115. - I. 1340. - P. 254-258. doi: 10.2109/jcersj.115.254.
  9. Mickan, M. Effect of substrate temperature on the deposition of Al-doped ZnO thin films using high power impulse magnetron sputtering / M. Mickan, U. Helmersson, D. Horwat // Surface and Coatings Technology. - 2018. - V. 347. - P. 245-251. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.04.089.
  10. Lalanne, M. Preparation and characterization of the defect-conductivity relationship of Ga-doped ZnO thin films deposited by nonreactive radio-frequency-magnetron sputtering / M. Lalanne, J.M. Soon, A. Barnabe et al. // Journal of Materials Research. - 2010. - V. 25. - I. 12. - P. 2407. doi: 10.1557/jmr.2010.0300.
  11. Wang, R. High conductivity in gallium-doped zinc oxide powders / R. Wang, A.W. Sleight, D. Cleary // Chemistry of Materials. - 1996. - V. 8. - I. 2. - P. 433-439. doi: 10.1021/cm950372k.
  12. Yoon, M.H. Solid solubility limits of Ga and Al in ZnO / M.H. Yoon, S.H. Lee, H.L. Parket al. // Journal of Materials Science Letters. - 2002. - V. 21. - I. 21. - P. 1703-1704. doi: 10.1023/A:1020841213266.
  13. Lu, Zh.-L. Structural and electrical properties of single crystalline Ga-doped ZnO thin films grown by molecular beam epitaxy / Zh.-L. Lu, W.-Q. Zou, M.-X. Xu et al. // Chinese Physics Letters. - 2009. - V. 26. - № 11. - Art. № 116102. - 4 p. doi: 10.1088/0256-307X/26/11/116102.
  14. Martins, R. Electron transport and optical characteristics in amorphous indium zinc oxide films / R. Martins, P. Almeida, P. Barquinha et al. // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2006. - V. 352. - I. 9-20. - P. 1471-1474. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2006.02.009.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».