Диссертация (1102573), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Зависимость параметра решетки от66Таблица 2.2. Параметры исследованных плёнок ZnO:GaТипПодложкаTсинтезаТолщина пленкиСодержание(0С)(нм)примеси Ga, ат.%ХОГФR1O2r- sapphire600607.2 ат%Y1O2Zr2O3(Y2O3)600906.8 ат%R2O2r- sapphire600305 ат %Y2O2Zr2O3(Y2O3)6002303.5 ат. %GaCWH2Oc-sapphire3507007 ат %GaRWH2Or-sapphire35075021 ат %GaYWH2OZr2O3(Y2O3)35090025 ат %r - Al2O3(a)ZnO(110)2025303540455055YSZ(111)lg(Интенсивность), у.е.lg(Интенсивность), у.е.r - Al2O3YSZ(222)ZnO(002)(б)ZnO(004)20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 7560град.2, град.Рисунок 2.5 Рентгеновская дифрактограмма пленок ZnO:Ga, осажденных вокислительных условиях на подложки из r-сапфира (а) и Zr2O3(Y2O3) (YSZ) (б)r - Al2 O 3(a)ZnO ZnO(002) (101)20253035404550c-Al2O3lg (Интенсивность), у.е.lg(Интенсивность), у.е.r - Al2 O 35560(б)CuKZnO ZnO(002)(101)25302 град.3540ZnO(102)455055602град.Рисунок 2.6 Рентгеновская дифрактограмма пленок ZnO:Ga, осажденных в условияхпирогидролиза на подложки из r-сапфира (а) и с- сапфира (б)67концентрации примеси в прекурсорах представлена на рисунке 2.7.
Согласно литературнымданным, при увеличении концентрации Ga до 2 ат % постоянная решетки вдоль оси cуменьшается, что соответствует замещению галлием ионов цинка в регулярных позицияхструктуры вюрцита [13]. Как показано на рисунке 2.7 [120] [13], при концентрациях более 2 ат% с увеличением содержания галлия постоянная решетки увеличивается. Такая тенденцияпрослеживается и в исследованных пленках.
Это косвенно указывает на то, что прилегировании атомы Ga также внедряются в октаэдрические междуузелия структуры вюрцита.На рисунке 2.8 показано, как изменяется ширина пика (002) ZnO, при измененииконцентрации галлия в пленке. Видно, что увеличение содержания галлия более 8 % ведет крезкому уширению рентгеновского пика, что указывает на уменьшение размеров кристаллитов.0 % Ga5%8%12 %29 %Интенсивность, у.е.параметр решетки с, А5,455,405,355,305,255,2005101520253032333435362 град.Содержание Ga, ат.
%Рисунок2.7 Зависимость параметра решетки в Рисунок 2.8 Сдвиг рентгеновского рефлексаоксиде цинка от концентрации Ga [120](002) ZnO при увеличении содержаниягаллия [120]Морфология поверхности пленок была исследована методом сканирующей электронноймикроскопии (СЭМ). Исследования проводились на микроскопе JEOL JSM 840A и микроскопевысокого разрешения LEO SUPRA 50VP на Химическом факультете МГУ.На рисунке 2.9 представлены изображения поверхности пленок оксида цинка,легированных галлием, R1 и Y1, синтезированных в окислительных условиях. Согласноданным сканирующей электронной микроскопии, исследованные пленки имеют достаточногладкую поверхность с отдельными относительно крупными неровностями.На рисунке 2.10 представлены СЭМ изображения пленок, синтезированных в условияхпирогидролиза.
В структуре поверхности пленок присутствует набор взаимопересекающихсяплоскостейвформелепестков.Такаяструктураповерхностисогласуетсяс68поликристаллической структурой пленок, определенной из данных рентгеновской дифракции[120].а)б)Рисунок 2.9 Изображения поверхности пленок ZnO:Ga R1 (а) и Y1 (б), полученные методомСЭМа)в)б).Рисунок 2.10 Изображения поверхности пленок оксида цинка, легированного галлием,полученные методом СЭМ (а) GaCW, (б) GAYW, (в) GaRW2.3 Структура и морфология поверхности пленок ZnO:CoВ таблице 2.3 представлены условия синтеза, тип подложки, содержание кобальта итолщины, исследованных пленок оксида цинка, легированного кобальтом.На рисунке 2.11 представлены дифрактограммы пленок оксида цинка, легированногокобальтом, синтезированных в окислительных условиях (а) и в условиях пирогидролиза (б).Данные получены на Химическом факультете МГУ.
Согласно данным рентгенофазовогоанализа, пленки ZnO:Co, синтезированные в условиях пирогидролиза (рисунок 2.11 (а)), такжекак и пленки ZnO:Ga, осажденные в условиях пирогидролиза (рисунок2.6), являютсяполикристалличными, без преимущественной ориентации роста кристаллитов. Исследованныепленки ZnO:Co, синтезированные в окислительных условиях, являются эпитаксиальными сориентацией роста кристаллитов, заданной ориентацией подложки.При увеличении содержания примеси Co до 30% параметр решетки увеличивается на69доли процента (рисунок 2.12). Наблюдаемая тенденция косвенно указывает на замещениекобальтом цинка в решётке ZnO [120].
Замещение кобальтом цинка подтверждается даннымиисследования тонкой структуры края спектра рентгеновского поглощения (рисунок 2.13).Таблица.2.3 Параметры исследованных плёнок ZnO:CoПодложка TсинтезаC0Тип ХОГФТолщина, нмСодержаниепримеси Со, ат.%CoR0r-Al2O3500O2400CoR1r-Al2O3600O2501CoR2r-Al2O3600O23806.3CoR3r-Al2O3600O25907.1СoY1YSZ600O27002.3CoRW1r- Al2O3500H2O700.4CoRW2r-Al2O3500H2O801.9r-Al2O3ZnO(002)r-Al2O3ZnO(110)(a)ZnO ZnO(100) (101)r-Al2O3r-Al2O3(б)ZnO(110)ZnO(103)20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 702град.20304050602град.Рисунок 2.11 Рентгеновская дифрактограмма для пленок оксида цинка, легированныхкобальтом, синтезированных в окислительных условиях СоR3 (а) и условияхпирогидролиза СoRW2 (б) на подложки r-Al2O3Анализ тонкой структуры края спектра рентгеновского поглощения данных пленок былпроведен в работе [120].
На рисунке 2.13 представлены спектры рентгеновского поглощения,полученные экспериментально, для пленок ZnO:Co (а) и расчетные спектры для иона Co в70различных зарядовых состояниях (б) [120,17]. Из сравнения экспериментальных и расчетныхспектров в работе [120] получено, что ионы Co, встраиваясь в структуру ZnO, находятся втетраэдрическом окружении атомов кислорода в состоянии Co2+. Таким образом, приМежплоскостное расстояние d (110), Алегировании оксида цинка кобальтом, кобальт электрически неактивен.1,62551,62501,62451,62401,62351,62301,62251,622005101520253035404550Содержание Co, ат.
%Рисунок 2.12 Зависимость межплоскостного расстояния(110) от содержания Co в пленкахZnO:Co, синтезированных в окислительных условиях на r-подложку [120]Интенсивность, у.е.100A12% Co20% Co33% Co50% Co806040202p3/27757802p1/2785790795Энергия фотонов, эВРисунок 2.13 (а) Спектр рентгеновскогоРисунок 2.13 (б) Расчет спектрапоглощения пленок ZnO:Co с различнымрентгеновского поглощения для иона Co всодержанием Со [120]разных зарядовых состояниях [120,17]Морфология поверхности пленок ZnO:Co была исследована методами сканирующейэлектронной микроскопии на Химическом факультете МГУ.
Согласно полученным данным,увеличение концентрация Co ведет к образованию зерен на поверхности пленок (рисунок 2.14)[120].71Zn0.929Co0.071OZn0.937Co0.063OZn0.9Co0.01OРисунок 2.14 Изображения поверхности пленок ZnO:Co с различным содержанием кобальта,полученные методом СЭМ2.4 Магнитные свойства пленок ZnO:CoИсследования магнитных свойств образцов проводились на СКВИД – магнетометреMPMS XL5, Quantum Design (Университет г. Констанц, Германия). На рисунках 2.15, 2.16представлены кривые намагниченности пленок CoR1 и CoR2 при комнатной температуре. Вмалых магнитных полях кривая намагниченности представляет собой петлю, сходную с петлейгистерезиса, наблюдающуюся в ферромагнетиках. При этом величина петли не коррелирует ссодержанием магнитной примеси.
[122]На рисунке 2.16 представлены кривые намагниченности пленки CoR2 при 10 K и 300 K.(Данные предоставлены Буровой Л.И.) При температуре 10К в магнитных полях более 0,5Тлзависимостьнамагниченностиотмагнитногополяимелавид,характерныйдляпарамагнетиков.(рисунок 2.16). Увеличение концентрации кобальта ведет к увеличениюМагнитный момент, 10-5 Гс*см31,5CoR11,0-5Магнитный момент, 10 Гс*см3парамагнитной восприимчивости при низких температурах в полях более 0,15Тл.0,5CoR20,0-0,5-1,0-1,5-10000-500005000100001,51,010 K0,5300 K0,0-0,5-1,0-1,5-10000H, Эмагнитногополя0500010000H, ЭРисунок 2.15 Зависимость намагниченности Рисунокот-5000при2.16Зависимостькомнатной намагниченности от магнитного поля притемпературе для пленок CoR1 и CoR2 [122]различныхСоR2температурахдляпленки722.5 Методика синтеза пленок In2O3:SnПлёнки In2O3, исследованные в работе,работе были изготовлены методом магнетронногораспыления.
Схема установки для распыленияраспредставлена на рисунке 2.17. Распылениеосуществлялось в камере, заполненной рабочимргазом. Подод воздействием напряжения в камереиз рабочегобочего газа образуется плазма, ионыионы плазмы, ускоренные электрическиэлектрическим полем, присоударении с мишеньюю выбивают атомыатомы мишени, которые впоследствии осаждаются наподложку (рисунок 2.17).).
Частицы плазмы удерживаютсяудерживаются вблизи поверхности мишенимагнитным полем, что делает процесс взаимодействия более эффективныэффективным и контролируемым[123].Рисунок 2.17 Схема процесса магнетронногоРисунок 2.18 Интенсивностьнтенсивностьраспыленияизлучения ионов индия в плазме [125]Для изготовления пленок In2O3:Sn использовались разные типы мишеней. Для синтезапленок ITORT и ITO230 была использована метал-оксиднаяметал оксидная мишень, состоящая из спечеспеченныхIn2O3 и SnO2 в массовой пропорции 9:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
