文摘

Al-doped CdO薄膜是由射频磁控溅射在不同沉积时间和衬底温度。x射线衍射的强度的变化表明,(200),(220)和(311)面增加沉积时间遵循了类似的趋势。薄膜的表面被扫描电子显微镜检查。Al-doped CdO薄膜晶粒尺寸明显增加,随着沉积时间。薄膜厚度是0.09,0.12,0.20和0.225μ米的沉积时期的1、2、3和4 h,分别。的光致发光光谱Al-doped CdO薄膜在室温下测量。序列中的光致发光波长改变,绿色,蓝色,绿色和蓝色,随着沉积时间的增加,这表明蓝色发光电影可以通过调整工艺参数制作的。

1。介绍

透明导电氧化物(TCO)薄膜的太阳能电池的关键组件,气体传感器,智能窗户(1- - - - - -4]。在射频磁控溅射过程中,沉积参数扮演一个关键的角色在决定薄膜的性质(CdO在目前情况下)通过使用这种技术制作的。几个研究人员报道沉积参数对性能的影响Sn - Ti -, Al -和In-doped CdO电影由射频磁控溅射、脉冲激光沉积、和喷雾热解法5- - - - - -9]。艾尔是一个流行的氧化锌薄膜的掺杂剂;然而,很少有报道Al-doped CdO薄膜(10- - - - - -12),到目前为止,没有详细的研究报告的属性Al-doped CdO薄膜在硅基板的结构之间的关系,阐明电影由x射线衍射(XRD)以及光致发光(PL)在这个材料。在这项工作中,我们测量了PL和XRD Al-doped CdO薄膜制造使用射频磁控溅射技术在不同的衬底上沉积温度和沉积时间。我们也调查了PL光谱的峰值的起源及其与膜表面的晶体结构。

2。实验的细节

Al-doped CdO薄膜沉积在硅(001)通过无线电频率(RF)磁控溅射。溅射目标CdO组合使用多晶陶瓷(5 N纯洁,Cerac Inc .)包含2 wt %₂O₃。第一次减少到一个真空室压力< 5×10⁻⁵Pa后充满了N的混合物₂和O₂使用独立的质量流量控制器来改变氧气分压。RF为CdO溅射沉积衬底温度为150°C, 250°C, 350°C, 450°C,和沉积时间1 h, 2小时,3 h,分别和4 h。艾尔目标功率100 W在整个实验过程。target-substrate距离保持在2.5厘米。电影中使用的各种工艺参数表列出沉积1。

沉积相纯度的电影检查了x射线衍射(XRD);倪Rigaku,里克斯- 2000)使用过滤和铜Kα辐射。衍射数据收集了2θ值从20°- 70°的步骤0.03°。形态学证实了SEM(扫描电镜;日立、s - 4700、日本)。PL测量使用266 nm Ns:掺钕钇铝石榴石激光器(Spectron负责物理、美国)。

3所示。结果与讨论

图1节目Al-doped CdO的XRD模式电影组的实验s - 1, 2, s 3和4。观察到在XRD峰对应于多晶CdO。相关峰(111),(200),(220)和(311)面心立方(fcc)结构的飞机。(111)峰强度随沉积时间增加而降低,表明电影恶化的结晶度增加沉积时期。s - 1, 2, s 3和4的电影,(200)面与峰值强度最高。在fcc结构中,原子的密度是最高的(200)面这意味着这个平面的表面能是最低的。沉积时间序列中的变化时,1 h, 2小时,3 h,和4 h, x射线衍射峰的强度(200)的平面变化如下:1700年,900年,1700年和1050年,分别。同样的沉积时间增加,(220)飞机的强度是500年,300年,500年和300年的强度(311)飞机是250年,150年,220年和160年,分别。因此,(200),(220)和(311)面强度表现出相同的趋势组电影s - 1, 2, s 3和4。

图2显示了XRD S-5 Al-doped CdO的电影模式组,s - 6,清晰地显示和S-7。沉积温度增加时从250°C到350°C和450°C, x射线衍射峰的强度(200)的飞机是475年,575年和325年,分别。同样的温度变化,(220)飞机的强度是100年,110年和90年,和(311)飞机的强度是100年,110年和75年。这些结果表明,一个类似的趋势的强度(200),(220)和(311)观察到飞机的团体电影S-5, s - 6,清晰地显示和S-7。

图3显示了扫描电镜图像的表面和横截面Al-doped CdO薄膜从组s - 1, 2, s 3和4。粒子的平均尺寸大幅增加从25到75 nm (25、50、60、75 nm,分别地。的四组)。电影的厚度与沉积时间和增加0.09μ0.12米,μ0.20米,μ0.225米,μ2 m的沉积时间1 h, h, 3 h,分别和4 h。随着沉积时间的增加,表面的电影显示出倾向双峰形态(见红色和蓝色标记)和增加角形状。观察到的表面形态上的沉积条件的影响,微观结构,和缺陷浓度显示这些电影中的晶粒生长是双峰(13,14]。薄膜的表面结构预计由于晶粒生长在沉积在不同的界面会有一个平衡的形状。相对较短的沉积时间生成一个不断增长的粒子;尽管如此,当沉积时间变得越来越长,薄膜密度增加和新粒子出现。

图4显示的表面和横截面扫描电镜图像Al-doped CdO薄膜。沉积温度的250°C, 350°C,和450°C,相应的平均颗粒直径略有增加,25 nm, 25 nm,分别和35海里。膜的厚度也改变;125纳米的厚度、120 nm和110 nm,分别测量三个沉积温度。沉积温度增加时从350°C到450°C,平均粒径突然增加,与此同时,电影(截面厚度)的厚度减少。

当晶体形式,首先生成核,然后相邻的原子或离子坚持核优先顺序由晶格的能量水平,形成一个常规层;另一方面,如果发生不断增长,粒子可能扩大在二维空间和可能发生重叠的粒子。这表明有一个相关性降低粒子直径和横截面厚度增加。

图5显示了Al-doped CdO的AFM图像表面的薄膜从组s - 1, 2, s 3和4。均方根(RMS)粗糙度是大约3.2 nm内s - 1 5×5的一个领域μ米²。AFM图像证实SEM的结果对沉积的影响时间3% Al-doped CdO薄膜指示一个凝聚晶粒生长模式。电影发展的峰谷粗糙度1 h, 2小时,3 h, h和4是21个纳米,63海里,30 nm,分别和25 nm。圆形的突起的横向程度21 ~ 25 nm观察的顺序。根据扫描电镜的图像组S2、S3、S4,厚度与沉积时间的变化如下:淀积乘以2 h, 3 h,和4 h,厚度是0.12μ0.20米,μ0.225米,μm,分别和相应的RMS值分别为9.1 nm, 4.78 nm,和3.47纳米,这意味着随着截面厚度的增加,薄膜的粗糙度下降。这表明如果截面厚度的增加,薄膜的粒子密度减少,降低薄膜的粗糙度。

图6显示了AFM图像的表面Al-doped CdO薄膜组织S-5, s - 6,清晰地显示和S-7。三组RMS值分别为1.2 nm, 8.0 nm,分别和6.29海里。表面晶体学少命令,因此沉积温度应该增加到减少薄膜粗糙度。

图7显示了Al-doped CdO薄膜的光致发光光谱组s - 1, 2, s 3和4。结果表明,PL强度为2.09×10⁵,6.56×10⁵,18.2×10⁵和7.6×10⁵沉积时间1 h, 2 h, 3 h,分别和4 h。类似地,PL波长最大的顺序改变,绿色,蓝色,绿色和蓝色,随着沉积时间。光致发光波长的s - 1 s2、s 3和4是500海里,477 nm、505 nm和480 nm,分别。从图1飞机的强度(200)对这些样本1700年,900年,1700年和1050年分别的峰值强度(220)飞机是500,300,500,300。(311)面也改变了顺序,250,150,220,160。随着沉积时间的增加,薄膜改变杂质和缺陷浓度,因此薄膜的光致发光性质与薄膜的结晶度密切相关。认为,表面薄膜的生长方向发展中影响光致发光的位置。此外,表面形态的电影中扮演一个重要的角色在决定Al-doped CdO薄膜的光学行为。

图8显示了PL光谱S-5 Al-doped CdO薄膜表面的s - 6,清晰地显示和S-7组。当沉积温度增加到250°C, 350°C, 450°C,光致发光强度线性下降到17.5×10⁵,10.0×10⁵,3×10⁵,分别。随着温度的增加,量子限制效应较高而PL强度降低了。提高衬底温度、光致发光的半宽度发射峰增加。这表明,由于提供的足够的热能增加经济增长的温度原子转移到稳定的网站和杂质搬到晶界。

S-5的光致发光波长,s - 6,清晰地显示S-7 480海里,475 nm和500 nm,分别。S5, S6、S7薄膜的x射线衍射分析、峰值强度(200)飞机的475年,575年和325年,分别为三个温度,(220)峰强度也改变了100年,110年和90年,和(311)峰强度变化到100年,110年和75年。这一结果表明,峰值强度(200),(220)和(311)面是紧密相连的PL光谱的峰值位置。衬底温度增加,表面的晶体生长方向变得无序,和更多的表面积是暴露在空气中。由于增长的变化方向,薄膜的形态改变,这会影响PL光谱的波长最长。因此,缺陷PL光谱的峰值位置发生了变化。

4所示。结论

结晶学的变化、形态和PL光谱Al-doped CdO薄膜与沉积时间和相关沉积温度。PL波长的变化交替序列,绿色,蓝色,绿色和蓝色,随着沉积时间。随着沉积时间的增加,薄膜改变杂质和缺陷浓度改变,表面薄膜的生长方向发展中影响光致发光的位置。随着沉积温度的增加,量子限制更高而PL强度降低了。能量转移可能受影响的键长变化随着衬底温度。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是在朝鲜大学研究基金的支持下,2015年。