光学特性对钛掺杂氧化锌薄膜由骑士

m·f·a·别名¹,Kh。m·拉希德²k·a·亚当³

教授,科学学院物理学系大学adiriyah巴格达,伊拉克的巴格达
打开学生,学院科学、物理学系大学巴格达,伊拉克的巴格达
物理学系助理教授,科学学院大学巴格达,伊拉克的巴格达

文摘

在这个工作中,为薄掺杂氧化锌薄膜光学特性,由脉冲激光沉积(骑士)技术研究了钛在不同浓度的函数(0、2、4、6、8和10)wt %。这项研究表明,电影已经从3.3 eV能隙减小到2.4 evwith增加钛浓度从0到10 wt %。光学常数折射率、消光系数、真实和虚构的常数是不同的在与不同的钛浓度掺杂氧化锌薄膜

关键字

光学特性、脉冲激光沉积、氧化锌薄膜、钛浓度。

我的介绍。

氧化锌是一种宽,直接带隙半导体材料[1]。它有3.37电动汽车能量差距在室温下。由于氧化锌能量的差距在于紫外线(UV)范围内,氧化锌是适合紫外检测通过它的光电导性属性[2]。紫外线光电探测器有一个广泛的应用程序和它在最近几年引起了极大的兴趣。大多数应用程序是用于环境监测,太阳天文学和导弹预警系统(3、4)。许多不同的技术,如有机化学汽相淀积(金属),化学汽相淀积,plasma-assisted分子束外延(PA-MBE)、脉冲激光沉积(骑士),和喷雾热解技术被用来生长氧化锌(5 - 8)。

吸收系数(α)半导体决定使用公式[9]:

在目前的工作,脉冲激光沉积法被用来存款纯和Ti-doped氧化锌薄膜在不同钛浓度。钛掺杂的影响薄氧化锌薄膜的光学特性已被调查。

二世。实验的程序

纯在不同掺杂浓度和掺杂氧化锌粉和高纯钛(99.999%)准备按下5吨和0.4厘米厚度形成一个目标。它应该尽可能密集和同质,确保优质的存款。

氧化锌:钛薄膜沉积在玻璃衬底使用脉冲激光沉积(骑士)技术进行在一个真空室通常(10-3Torr)。集中Nd: YAG (Huafei通达技术-钻石- 288模式epl) .Prior存款电影,玻璃基板清洗。准备好电影的厚度是about130nm迈克耳孙干涉仪测量。

光学透射率和吸光度光谱被记录,在室温下,在300 - 1100 nm波长范围使用最适条件sp - 3000紫外可见分光光度计。光学能隙被策划的关系估计(αhυ)1/2,(αhυ)1/3,2/3(αhυ)和(αhυ)2与光子能量使用eq (hυ)。(2)。能源缺口(例如)然后由线性部分的外推(αhυ)2 = 0,折射率等光学常数(使用eq。(3)),消光系数,真实与虚幻的常量(使用方程式。(4和5))计算了不同钛含量的函数。

三世。结果与讨论

图(1)显示了室温钛掺杂不同浓度样品的透射光谱。所有光谱显示透明度好,所有沉积薄氧化锌薄膜的透光率模式波长(λ)的增加而增加。另一方面,透射率随Ti浓度的增加意味着增加反射和吸收。这个结果与结果一致显示Suhail et al . [13]。很明显,从图,纯氧化锌薄膜的透光率在500纳米波长等于被发现82.22%,虽然12.99和10 wt %钛掺杂氧化锌薄膜。

无花果。(2)说明了吸收系数与波长的变化在不同掺杂氧化锌薄膜钛浓度。所有光谱说明吸收系数的模式所有沉积纯钛掺杂氧化锌薄膜减少与增加薄薄的波长(λ)从400年到1100海里。另一方面,吸收系数随Ti浓度的增加意味着减少反射,则多。另一个明显的改造是吸收系数的峰值模式转向更高的波长即短光子能量(红移),钛浓度增加。表(1)说明了光学参数的所有值。

图2吸光度的变化系数与波长为纯和钛掺杂氧化锌薄膜在不同浓度(2、4、6、8和10)%。

发现因子r等于1/2从方程(2)收益率的线性相关部分吸收系数α≥104 cm - 1,它描述了允许直接过渡,氧化锌薄膜。这个结果是同意的结果显示了别名et al。[14]。

(αhυ)2的变化作为纯粹的光子能量函数和钛掺杂氧化锌薄膜在不同钛浓度绘制在图(3)这图表明,钛含量的增加,从0到10 wt %导致减少能源缺口分别从大约3.3到2.2 eV。这可以归因于增加矿物含量,这个结果是同意遵守凯瑞et al . [2]。也如下降值与Ti是由于掺杂后,Ti间带的带隙能级薄氧化锌薄膜是负责光学如低带隙能量的转移或更高的波长(红移)。

重要的是要确定薄膜的光学常数如折射率(n),消光系数(k),和真正的(εr)和介电常数的虚(εi)部分。

图(4)显示了消光系数的变化(k =αλ/ 4π)波长在不同钛掺杂浓度。消光系数主要取决于吸收系数;出于这个原因,它的行为为吸收系数即是相似的。,the increasing of extinction coefficient with increasing photon energy because the absorption is increased and the peak shift to higher wavelength (red shift) with increasing Ti doping concentration.

折射率与波长的变化范围在300 - 1100海里,氧化锌薄膜沉积在玻璃与不同钛掺杂浓度图(5)所示。从这个图很明显,折射率一般钛掺杂浓度的增加而增加。这种行为是由于能量衰减的差距。另一个明显的备注是曲线的峰值是转移到短光子能量(红移)。

变化的介电常数的实部和虚部值与波长已经如图(6和7)沉积纯钛掺杂薄氧化锌薄膜在玻璃上不同的掺杂浓度。他们的价值减少波长超过500海里。介电常数的变化取决于折射率的值。相比之下,介电损耗主要取决于的消光系数值与吸收的变化有关。

表(1)说明了纯光学常数和钛掺杂薄氧化锌薄膜沉积在玻璃与不同掺杂浓度(0、2、4、6、8和10 wt %)在λ= 500 nm和准备样品的光学参数值。这个表显示,α的值,k, n,εrεi钛掺杂剂浓度增高而增强,而T的行为,如是相反的。,他们减少钛掺杂浓度增加。

四。结论

光学纯钛掺杂薄之氧化锌薄膜沉积的脉冲激光沉积技术研究了不同钛掺杂剂浓度的函数。从这项研究的结果可以得出:

•的透光率增加而增加时波长随钛掺杂浓度增加而减小。

•能源差距从3.3减少到2.4 ev钛掺杂浓度的增加分别从0到10 wt %。

•光学常量值(α,k, n,εr和εi)钛掺杂剂浓度增高而增强。

引用

美国年轻,l .霁Chang和y苏,“氧化锌Metal-Semiconductor-Metal紫外线传感器与不同电极接触,”杂志的晶体生长,v . 293 n 1, 43-47, 2006。雷竞技网页版
j .凯利h . Carere马丁卡恩,b . Chaudret X。玛丽和m . Respaud光电导性的自我组装的氧化锌纳米颗粒合成了有机金属化学、半导体科学和Technology.V.23, 1 - 5, 2008年。
雷罗,延锋,塞缪尔·s .毛泽东和林,氧化锌纳米线的制备和表征紫外光敏二极管,传感器和执行器AV . .127、201 - 206、2006。
e . Monroy f .诸圣和f . Calle宽禁带半导体紫外线光电探测器,Semicond.Sci。33-51技术。18节,2003年。
d·诺顿y Heo,议员Ivill, s . Pearton m . Chrisholm, t·施泰纳。,"Zinc-oxide: Growth, doping and processing", Materials Today, Review Feature, 34,2004.
Y.F.梅,G.G.Siu,瑞奇K.Y.傅,保罗K.Chu Z.M.Z.K.唐,室温electrosynthesizedZnO薄膜具有较强的(002)取向及其光学特性,应用表面科学。V.252, 2973 - 2977, 2006。
b . j . Lokhande医学博士Uplane、结构、光学和电子研究喷雾沉积高度面向氧化锌薄膜,应用表面sciences.v.167,243 - 246, 2000。
教学楼。张,Y。郭,Z.X.梅,C.Z.顾,X.L.杜,Visible-blind紫外线opotodetector基于双异质结n-ZnO /绝缘子毫克/ p-Si,应用物理快报。V 94、113508、2009。
z Rizwan,扎卡里亚,m . Ghazali贾法里,f . Ud Din和r . Zamiri, Int。j .摩尔。科学。诉12、1293、2011。
j . Tauc“非晶态半导体和液体”,充气出版社,伦敦和纽约,1974年。
s . Aksoy y卡、美国Ilican和m .卡视Applicata,诉XL N.1, 2010。
l .最新“多晶和非晶态薄膜设备”,学术出版社,1980年。
a . m . Suhail1 a . n .纳吉·g·s·穆罕默德·h·a . Thjeel1和问:g . Al-zaidi1“快速响应氧化锌/多孔硅紫外线光电导探测器“Int。j .薄膜科学。侦探。,V。1,N. 1, 35-42 ,2012.
M.F.A.别名,智慧化Aljarrah H.Kh。Al-Lamy和K.A.W.亚当:"调查厚度的影响纳米氧化锌薄膜的结构和光学特性由d。c磁控溅射”、国际杂志的应用程序或创新工程与管理(IJAIEM), V2, N7, 198 - 203年,2013年。