Проекты

проект РФФИ 12-03-00481

Твердые растворы на основе оксида цинка для прозрачных электродов

    Проект направлен на получение полупроводниковых твердых растворов на основе оксида цинка с высокой проводимостью и прозрачностью в видимом диапазоне спектра. Прозрачные проводящие оксиды привлекают исключительное внимание в последнее время в связи с прогрессом в области дисплеев, портативной электроники, органических светодиодов (OLED), гибкой электроники, многофункциональных стекол, солнечных батарей и фотовольтаических преобразователей. Прозрачные проводящие слои интегрированы в эти устройства. Разработка новых материалов необходима для замены дорогостоящего материала на основе смешанного оксида индия и олова (ITO), который характеризуется сравнительно высокой температурой кристаллизации (270С) и может быть получен только электронного типа проводимости. Твердые растворы на основе оксида цинка являются наиболее перспективными материалами для создания более дешевых (безиндиевых) прозрачных проводящих слоев.

    За отчетный период получены тонкие пленки n-типа проводимости на основе оксида цинка, легированного металлами III группы M=In, Ga. Разработана методика синтеза тонких пленок ZnO(M) накапыванием на вращающуюся подложку (spin coating) растворов соответствующих нитратов в 2-метоксиэтаноле. Впервые получены пленки легированные совместно галлием и индием. Пленки выращены на неорганических и полимерных подложках с предварительным нанесением подслоя ZnO. Определены условия получения гладких многослойных покрытий толщиной 200-600нм. Проведены систематические исследования состава, кристаллической структуры, микроструктуры и шероховатости, электропроводности и оптических свойств в видимом диапазоне спектра в зависимости от содержания гетеровалентных заместителей.

     Обнаружено различное влияние индия и галлия на электрические и оптические свойства пленок оксида цинка. Введение небольшого количества галлия (до 1.2 ат.%) приводит к значительному увеличению проводимости пленок оксида цинка и увеличению прозрачности в видимом диапазоне спектра. Введение индия в концентрации до 10 ат.%) приводит к монотонному понижению сопротивления пленок ZnO(In), однако при высоких значениях концентрации индия оптическое пропускание пленок в видимом диапазоне ухудшается. Различие во влиянии гетеровалентных заместителей на электрические свойства пленок оксида цинка может быть обусловлено эффективными ионными радиусами примесей, определяющими соотношение донорных и акцепторных дефектов. Важным является противоположное влияние галлия и индия на подвижность электронов в материале, а также возможная сегрегация на поверхности зерен оксида цинка Ga- и In-содержащих рентгеноаморфных фаз. Обнаружена экситонная полоса поглощения в результате формирования более совершенной кристаллической структуры легированных пленок, определена зависимость энергии экситонного пика от содержания гетеровалентного заместителя.

    Пленки прозрачны в видимом диапазоне, для недопированного ZnO в диапазоне длин волн 400 - 800нм средняя величина пропускания составляет 89%. Введение небольшого количества галлия (0.5 - 2 ат.%) приводит к увеличению средней величины пропускания до 95%. Тонкие пленки совместно легированные галлием и индием (0,7 ат % In) характеризуются максимальной величиной пропускания 97% в диапазоне длин волн  400-800 нм.

5. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

 
    Оксид цинка, прозрачные электроды, твердый раствор, тонкие пленки, электропроводность, оптическое пропускание, золь-гель, лазерная абляция