Nanomeeting

 
 

Вход

Личные сообщения

Вы не авторизованы.

RSS-лента

 Хотите первыми получать новости с сайта NanoPlatfom.by? Это очень просто. Подпишитесь на RSS ленту. 

Подписаться на новости NanoPlatform.By

Литература

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - 2011 Микроэлектроника

Ссылки

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - internatiol conference Национальная академия наук Беларуси Государственный комитет по науке и технологиям ВАК - Высшая аттестационная комиссия

Гидротермальное осаждение нанокристаллов оксида цинка на кремниевые подложки при различных условиях

Оксид цинка (ZnO) - это широкозонный полупроводник и перспективный материал для оптоэлектронных устройств ультрафиолетового (УФ) и синего диапазона. Его основным преимуществом является возможность формирования наноструктур ZnO простыми методами низкотемпературного электрохимического и химического осаждения без использования литографии. Уникальные устройства на основе ZnO наноструктур могут быть использованы для получения случайного лазера. Для получения случайного лазера необходима неупорядоченная среда со специфическими свойствами, в котором свет рассеивается случайным образом, содержащая полупроводниковые частицы высокого кристаллического качества. Такая среда может быть создана методом гидротермального осаждения. Этот метод широко используется для осаждения ZnO, но ключевые зависимости свойств ZnO нанокристаллов от параметров процесса осаждения определены только для конкретных случаев и не могут быть использованы для разработки технологии формирования среды для получения случайного лазера. В данной работе представлены результаты изучения корреляции между параметрами процесса гидротермальных осаждения ZnOи морфологией и оптическими свойствами полученных ZnO наноструктур.

РЭМ изображения ZnO наноструктур, осажденных на Si подложку при различных температурах и постоянном времени осаждения 120 мин представлены на рис. 1. Размер и плотность нанокристаллов ZnO зависит от температуры раствора. Повышение температуры при постоянном времени осаждения уменьшает диаметр и увеличивает длину кристаллов, в связи с увеличением скорости их образования. Временная зависимость толщины слоя ZnO и среднего диаметра ZnO нанокристаллов, осажденных при различной температуре, представлена на рис. 2. При 75 °С средний диаметр достигает 800 нм. При 85 °С и 95 °С он составляет 600 и 500 нм соответственно. Повышение плотности расположения нанокристаллов ZnOна подложке с ростом температуры связано с активацией большего числа центров зарождения кристаллов на поверхности при увеличении тепловой энергии системы.

  

Рисунок 1. РЭМ изображения ZnO наноструктур, осажденных на поверхности кремниевой подложки в течение 120 мин при 75 °С (a), 85 °С (b) и 95 °С (c).

ZnO нанокристаллы, полученные при постоянной температуре (рис. 3) сохраняли один и тот же диаметр и плотность при изменении времени формирования, но длина отдельных кристаллов и, следовательно, толщина слоя ZnO были различны. При увеличении времени осаждения с 90 до 210 мин, толщина пленки увеличилась с 1,6 до 2,8 мкм. При больших временах осаждения на поверхности подложки появлялись агломераты нанокристаллов ZnO. Толщина агломератов достигала 15-20 мкм. Присутствие агломератов объясняет непропорциональное изменение толщины слоя ZnO с течением времени. Эта тенденция справедлива и при более низких температурах осаждения (рис. 2).

  Рисунок 2. Температурные и временные зависимости среднего диаметра нанокристаллов ZnO(слева) и толщина нанесенного слоя ZnO (справа).

 

 

Рисунок 3. РЭМ изображения поперечного сечения Si подложки с наноструктурами ZnO, осажденными при температуре 95 °С в течение разного времени: 90 мин (a), 210 мин (b).

Спектры фотолюминесценции ZnO наноструктур, сформированных при различных температурах в течение одного и того же времени, представлены на рис. 4. Отчетливый пик в УФ области на длине волны 380 нм (т.е. 3,35 эВ - ширины запрещенной зоны ZnO), соответствующий процессу рекомбинации зона-зона, ясно виден. Широкий пик более низкой интенсивности в видимой области спектра на длине волны 580 нм, связанный с процессами рекомбинации через уровни, обусловленные наличием кислородных дефектов кристаллической решетки ZnO, также регистрируется. Более высокую интенсивность фотолюминесценции образцов, полученных при более высоких температурах, можно объяснить большим количеством осажденного материала на поверхности Si. Для более длительного времени осаждения интенсивности фотолюминесценции возрастает также по этой причине. Для различных температур осаждения полосы фотолюминесценции в УФ и видимой области изменяются. Более высокая относительная интенсивность люминесценции в видимой области для образца, полученного при температуре 95 °С, свидетельствует о более высокой концентрации кислородных дефектов в наноструктурах ZnO.

Рисунок 4. Спектры фотолюминесценции ZnO наноструктур, осажденных на Si подложке при различных температурах.

Температурные и временные зависимости структурных и оптических свойств ZnO наноструктур, нанесенных на подложку Si гидротермальным методом позволило определить оптимальные условия формирования среды для случайных лазеров. Высокая температура и длительное время осаждения из экспериментально исследованных диапазонов являются более предпочтительными из-за повышенной плотности расположения нанокристаллов ZnOи их длины. Таким образом, можно получить больший оптический путь для света, проходящего через структуру, и тем самым более высокую эффективность случайных лазеров на основе ZnO.

 
 
 

Сайт сделан в Центре Наноэлектроники и Новых Материалов, НИЧ БГУИР, по заказу Министерства Образования РБ.